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FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO
Projeto de PesquisaProjeto de PesquisaProjeto de PesquisaProjeto de Pesquisa
ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DA MATA ATLÂNTICA
BIOACUMULADORAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS
Candidato: Elvis Joacir de França
Orientadora: Profa Dra Elisabete A. De Nadai Fernandes
Mestrado
PIRACICABA SP
Novembro - 2000
SUMÁRIO
RESUMO ...................................................................................................................... 01
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 02
1.1 Unidades de conservação .................................................................................... 02
1.2 Ciclo bioquímico ou ciclagem de elementos químicos ....................................... 03
1.3 Técnicas analíticas em estudos ambientais ......................................................... 06
2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 06
3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 07
4 MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................... 07
4.1 Descrição da área de estudo ................................................................................ 08
4.2 Amostragem e preparação de amostras .............................................................. 09
4.2.1 Compartimentos folha e serrapilheira ...................................................... 09
4.2.2 Compartimento solo .................................................................................. 10
4.3 Análise por ativação neutrônica instrumental .................................................... 10
5 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS ............................................................... 11
5.1 Contaminação superficial ................................................................................... 11
5.2 Ciclagem de elementos químicos ....................................................................... 12
5.3 Influência das espécies sobre o solo .................................................................. 13
5.4 Obtenção do “background” ................................................................................ 14
6 PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA ........................................................ 15
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 15
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ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DA MATA ATLÂNTICA
BIOACUMULADORAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS
RESUMO
No Estado de São Paulo, a biodiversidade está concentrada em unidades de conservação
constituídas por diversas formações florestais, incluindo um dos ecossistemas mais complexos e
diversificados, a Mata Atlântica. O Parque Estadual Carlos Botelho (PECB), com cerca de
38.000 ha de área, constitui um dos principais fragmentos florestais da Reserva de Mata
Atlântica do Sudeste.
O Programa de Pesquisas em Conservação Sustentável da Biodiversidade do Estado de
São Paulo, BIOTA/FAPESP, tem como um dos principais objetivos conhecer os mecanismos
responsáveis pela manutenção de ambientes naturais. Dentre os mecanismos ecológicos, é
essencial a ciclagem de elementos químicos para garantir a sustentabilidade dos indivíduos de
um ecossistema. Todavia, há poucos estudos de caracterização da ciclagem em ecossistemas
tropicais brasileiros, nos quais são desenvolvidos somente aspectos da distribuição de elementos
químicos denominados essenciais.
O presente trabalho, no contexto do Projeto BIOTA “Diversidade, dinâmica e
conservação em florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas permanentes”, contribuirá
para a caracterização ambiental detalhada do PECB. A caracterização química dos
compartimentos solo superficial, folha e serrapilheira das espécies arbóreas predominantes na
área de estudo será realizada pela determinação de As, Ba, Br, Ca, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Fe, Hf, K,
La, Na, Nd, Rb, Sb, Sc, Sm, Sr, Ta, Tb, Th, Yb e Zn pela análise por ativação neutrônica
instrumental (INAA). A proposta deste projeto consiste na identificação de espécies arbóreas
nativas bioindicadoras da acumulação de elementos químicos nos compartimentos do
ecossistema pelas razões de concentração folha/solo e folha/serrapilheira. O “background” das
concentrações químicas elementares neste fragmento florestal será estimado de modo a
estabelecer padrões de referência para estudo de impacto ambiental e possibilitar a avaliação do
PECB e de ambientes semelhantes quanto à poluição por elementos químicos.
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ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DA MATA ATLÂNTICA
BIOACUMULADORAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS
1. INTRODUÇÃO
1.1 Unidades de conservação
A Mata Atlântica é caracterizada como uma das mais complexas e diversificadas florestas
tropicais e sua manutenção depende da implementação de unidades de conservação.
Mundialmente, as unidades de conservação constituem significativa estratégia para a preservação
da biodiversidade, pois sua principal função é a proteção legal e a conservação da fauna e flora
(Sá & Ferreira, 1999).
Na América Latina, em torno de 6% da extensão territorial são unidades de conservação
com nível razoável de implementação, ou seja, com plano de manejo estabelecido, uso
compatível com a finalidade prevista na lei, demarcação territorial e infra-estrutura adequada.
Aproximadamente 3% do território brasileiro constituem-se em unidades de conservação federais
representadas por 91 áreas de responsabilidade do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos
Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), que também coordena as unidades de conservação
estaduais e municipais. Cabe ressaltar que esse número é relativamente pequeno considerando a
extensão territorial brasileira e o fato de o Brasil ser o país da megabiodiversidade, possuindo
cerca de 10 a 20% das espécies mundiais de flora e fauna (McNeely, 1997; Sá & Ferreira, 1999).
No estado de São Paulo, região intensamente modificada, a fragmentação de paisagens é fato
consumado. Os remanescentes florestais estão restritos às 85 unidades de conservação, que
correspondem a 3,4% do território paulista ou cerca de 8.500 km2 (Instituto Florestal, 2000). O
Instituto Florestal, subordinado à Secretaria Estadual do Meio Ambiente, é responsável pela
administração destas unidades.
Existem três grandes Sítios do Patrimônio Mundial Natural da Mata Atlântica, ou seja, o
Parque Nacional do Iguaçu, as Reservas Florestais da Mata Atlântica da Costa do Descobrimento
e as Reservas Florestais do Sudeste Atlântico. Compreendendo 25 unidades de conservação nos
estados de São Paulo e Paraná, as Reservas Florestais do Sudeste Atlântico foram reconhecidas
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como sítio do patrimônio natural em 1999, totalizando 468.193 hectares ou 63% da Reserva
Nacional da Mata Atlântica (MMA, 2001). As áreas protegidas do Estado de São Paulo
correspondem a cerca de 60% das Reservas Florestais do Sudeste Atlântico, sendo o Parque
Estadual Carlos Botelho (PECB) um dos principais fragmentos da Mata Atlântica.
A conservação da biodiversidade é crucial à manutenção das condições ambientais no
planeta e sua maior parte está concentrada em fragmentos florestais (Viana & Pinheiro, 1997). A
demanda por atividades recreativas, educacionais e científicas em ambientes naturais vêm
crescendo progressivamente, tornando imprescindível o direcionamento de recursos humanos e
econômicos para a caracterização e a conservação desses ambientes.
A compreensão dos processos reguladores da dinâmica florestal de unidades de
conservação, inclusive do PECB, e dos mecanismos promotores e mantenedores da
biodiversidade são objetos de estudo do Projeto “Diversidade, dinâmica e conservação em
florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas permanentes”, sob coordenação do
Prof. Dr. Ricardo Ribeiro Rodrigues (Professor Associado do Departamento de Ciências
Biológicas/ESALQ/USP), no âmbito do Programa BIOTA - FAPESP (Pesquisa em Conservação
Sustentável da Biodiversidade). Enfatiza-se a caracterização ambiental detalhada, com
reavaliações periódicas, das quatro principais formações florestais ocorrentes no Estado de São
Paulo, pelo estudo da comunidade arbórea em parcelas permanentes de grande dimensão. Neste
contexto, a investigação química proporcionada pelo presente projeto de pesquisa estará
complementando a caracterização do PECB sob o aspecto do ciclo bioquímico ou ciclagem de
elementos químicos.
1.2 Ciclo bioquímico ou ciclagem de elementos químicos
Clima, estresse hídrico, disponibilidade de elementos químicos, poluição e manejo são
fatores fundamentais, em uma análise holística, para a manutenção de ecossistemas (Hovmand &
Riis-Nielsen, 1999). A ciclagem mineral é resultado da interação desses fatores, o que a torna
essencial ao funcionamento e conservação dos indivíduos de um ecossistema (Putman, 1994).
Estudos de ciclagem englobam a distribuição e o comportamento de elementos químicos no
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ecossistema e são desenvolvidos por meio da determinação elementar nos seus compartimentos,
tais como folha, serrapilheira e solo.
Os ecossistemas naturais estão sujeitos a impactos antrópicos de caráter direto ou
indireto. De maneira direta, os fatores econômicos (invasões territoriais, extrativismo ilegal e as
pressões do crescimento urbano, por exemplo) afetam significativamente as áreas protegidas.
Indiretamente, a poluição interfere na conservação de ecossistemas naturais, pois altera a
disponibilidade de elementos químicos. Neste caso, é necessário distinguir entre elementos
nutrientes, que causam significativas mudanças nos ecossistemas se presentes em altas
concentrações, e outros elementos que têm efeito tóxico sobre organismos mesmo em baixas
concentrações (Markert et al., 2000).
Algumas classificações biológicas de elementos químicos têm sido sugeridas em
complementação à classificação periódica, construídas a partir de semelhanças físico-químicas
(Markert et al., 2000). A Tabela 1 mostra a classificação de elementos químicos quanto às
características fisiológicas. Proposto por Fränzle & Markert (2000), o Sistema Biológico dos
Elementos (BSE) demonstra a evolução na utilização de elementos químicos por seres vivos
(Figura 1). É interessante ressaltar que alguns elementos não possuem confirmação de sua
essencialidade, enquanto outros, como As, Br, Cd, Cr, Hg, Sb e Zn, são considerados poluidores
(Aidid, 1988).
Os componentes biológicos de um ecossistema podem acumular elementos químicos,
especialmente metais pesados, devido à característica de adaptabilidade às variações químicas do
ambiente (Kabata-Pendias & Pendias, 1984; Koyama et al., 1987). Assim, podem ser utilizados
como bioindicadores para informar a qualidade do ambiente ou, ainda, quantificar esta qualidade
pela utilização de biomonitores (Markert, 1991). Empregam-se como bioindicadores ou
biomonitores musgos, plantas superiores e animais (Markert, 1993; Bruns et al., 1999;
Wappelhorst et al., 2000; Pichtel et al., 2000; Murray & Hendershot, 2000; Burton et al., 2000).
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Tabela 1. Classificação dos elementos químicos de acordo com suas características fisiológicasa
Elementos estruturais C, H, O, N, P, S, Si, Ca
Elementos eletrolíticos K, Na, Ca, Cl, Mg
Elementos enzimáticos Vb, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Nib, Cu, Zn, Bc, Snb, Seb, Fb, Ib, Mg
Essencialidade ainda não confirmada
1o grupo principal Li, Rb, Cs, (Fr) 2o grupo principal Be, Sr, Ba, Ra
3o grupo principal Al, Ca, In, Tl 4o grupo principal Ge, Pb
5o grupo principal As, Sb, Bi 6o grupo principal Te, Po
7o grupo principal Br, (At) 8o grupo principal He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1o sub-grupo Sc, Y 2o sub-grupo Be, Sr, Ba, Ra
3o sub-grupo Nb, Ta 4o sub-grupo W
5o sub-grupo (Tc), Re 6o sub-grupo Ru, Os
7o sub-grupo Rh, Ir 8o sub-grupo Pd, Pt
9o sub-grupo Ag, Au 10o sub-grupo Cd, Hg
Lantanídeos La, Ce, Pr, Nd, (Pm), Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
Actinídeos Ac, Th, Pa, U, (Np), (Pu), (Am), (Cm), (Bk), (Cf), (Es), (Fm), (Md), (No), (Lr) a
elementos entre parênteses não ocorrem naturalmente
b essencialidade confirmada para animais somente
c essencialidade confirmada para plantas somente
Fonte: Adaptado de Markert et al., 2000
Figura 1. Sistema Biológico dos Elementos construído a partir da correlação de dados, função fisiológica doselementos individuais em organismos vivos, desenvolvimento evolutivo do ambiente inorgânico e comrespeito às suas absorções pela planta como uma molécula simples ou troca de íons. Os elementos H eNa exercem várias funções no sistema biológico, por isso não são fixos no sistema. Adaptado de Fränzle
& Markert, 2000.
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No Brasil, o uso de bioindicadores (Oliveira et al., 1997; Saiki et al., 1997;
França et al., 2000; Coccaro et al., 2000; Maria et al., 2000) vem se tornando cada vez maior pela
necessidade de conhecer a influência antrópica sobre os ecossistemas e de estabelecer padrões de
referência para estudos de impacto ambiental.
1.3 Técnicas analíticas em estudos ambientais
Observando-se o histórico da determinação elementar em plantas, percebe-se a evolução
das técnicas quanto à sensibilidade da determinação (ppm e ppb) e à qualidade do procedimento
analítico. A diversidade de elementos químicos, a faixa de concentração e as matrizes a serem
analisadas são fatores decisivos na escolha do método a ser aplicado. A comparabilidade dos
resultados também deve ser considerada, pois problemas ambientais na maioria dos casos não se
restringem à escala local e facilmente alcançam níveis globais.
Técnicas analíticas multielementares são importantes ferramentas para a avaliação de
ecossistemas naturais, principalmente pelo fato de ampliar a gama de elementos químicos a
serem estudados. Atualmente, as características dos processos analíticos já são bem conhecidas,
permitindo assegurar a comparabilidade dos resultados. Contudo, a técnica analítica ainda pode
ser uma fonte considerável de erros (2 a 20%) em estudo de matrizes biológicas (Markert, 2000),
sendo essencial o emprego de materiais de referência certificados como instrumentos de garantia
da qualidade (Namiésnik & Zygmunt, 1999).
2. OBJETIVO
A proposta deste projeto de pesquisa consiste na identificação de espécies arbóreas
nativas da Mata Atlântica bioindicadoras da acumulação de elementos químicos, por meio da
determinação de As, Ba, Br, Ca, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Fe, Hf, K, La, Na, Nd, Rb, Sb, Sc, Sm, Sr,
Ta, Tb, Th, Yb e Zn pela análise por ativação neutrônica instrumental (INAA). Isso será possível
pelo conhecimento do ciclo bioquímico, obtido pelas razões de concentração folha/solo e
folha/serrapilheira das espécies arbóreas mais importantes no Parque Estadual Carlos
Botelho (PECB).
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3. JUSTIFICATIVA
O Estado de São Paulo continua passando por mudanças que afetam a biodiversidade,
principalmente relacionadas com a utilização irracional dos recursos naturais e ambientais. Em
vista desta realidade, a FAPESP implementou o Programa BIOTA que tem como um de seus
objetivos a definição de padrões de referência como garantia da conservação da biodiversidade.
Neste contexto, é fundamental a ciclagem de elementos químicos para a sustentabilidade do
ecossistema. Estudos envolvendo ciclagem ficam muitas vezes limitados quanto ao número de
elementos químicos, sendo mais explorados os elementos nutrientes N, Ca, K, Mg, S, P, Fe, Mn,
B, Cl, Cu, Mo, Zn, Na e Co. Porém, existem outros elementos químicos na vegetação de
importância científica e prática, tais como elementos tóxicos e lantanídeos, cuja distribuição na
vegetação merece ser investigada. Cabe ressaltar que determinações multielementares nos
compartimentos do ecossistema permitem estabelecer o “background” e conseqüentemente
desenvolver padrões de referência para estudos de impacto ambiental que, se bem estabelecidos,
favorecem grandemente a monitorização de ambientes naturais quanto ao nível de poluição.
Com a identificação de espécies nativas bioindicadoras da acumulação de elementos
químicos, a monitorização da unidade de conservação quanto à entrada destes elementos é
facilitada, pois as avaliações periódicas podem ser realizadas com estas plantas bioacumuladoras.
Importante banco de amostras será criado, que será disponibilizado para outras técnicas
analíticas como ICP-MS, XRF e AAS, também recomendadas para a determinação de elementos
químicos em plantas. Assim, complementar-se-á o número de elementos químicos determinados,
auxiliando ainda mais na conservação deste e de ecossistemas tropicais correlatos.
4. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho será desenvolvido em parcela permanente de 10 ha instalada no Parque
Estadual Carlos Botelho (PECB), núcleo Sete Barras, implementada a partir do Projeto
"Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas
permanentes", do Programa BIOTA/FAPESP.
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4.1. Descrição da área de estudo
O PECB encontra-se na região sul do Estado de São Paulo, sob coordenadas 24o00’00” a
24o15’00”S e 47o45’00” a 48o10’00”W. Abrange parte dos municípios de São Miguel Arcanjo,
Capão Bonito e Sete Barras. Possui área total aproximada de 38.000 ha, com altitudes que
variam de 30 a 1003 m (Domingues & Silva 1988).
O relevo altamente acidentado define dois tipos climáticos, segundo a classificação de
Köppen: clima quente úmido sem estiagem (Cfa) para altitudes menores que 800 m e clima
temperado úmido sem estiagem (Cfb) nas elevações da serra, ambos com total pluviométrico do
mês mais seco superior a 30 mm. As temperaturas médias são inferiores a 18oC no mês mais frio
e apenas para Cfb ocorrem temperaturas médias superiores a 22oC no mês mais quente.
Predominam solos hidromórficos e podzólicos vermelho-amarelo “intergrade” latossolo
vermelho-amarelo, caracterizados por teores elevados de matéria orgânica e alumínio, baixo teor
de bases trocáveis e acidez elevada.
No núcleo localizado em Sete Barras, levantamentos fitossociológicos indicam que
Euterpe edulis Mart. (palmito) é a espécie de maior destaque (Tabela 2), com Índices de Valores
de Importância (IVI) muito superiores aos das demais espécies florestais (Negreiros et al., 1995).
Tabela 2. Relação das 10 espécies arbóreas mais importantes no PECB segundo o IVI, sendo
considerados parâmetros como densidade, dominância e freqüência
Espécie Família
Euterpe edulis Arecaceae
Bathysa meridionalis Rubiaceae
Hyeronima alchorneioides Euphorbiaceae
Alchornea triplinervia Euphorbiaceae
Tetrastylidium sp. Olacaceae
Cryptocarya sp. Lauraceae
Sloanea monosperma Elaeocarpaceae
Cabralea canjerana Meliaceae
Gomidesia flagelaris Myrtaceae
Gomidesia spectabilis Myrtaceae
Fonte: Adaptado de Negreiros et al., 1995
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4.2. Amostragem e preparação de amostras
As 10 espécies arbóreas relacionadas na Tabela 2 serão amostradas. Para cada espécie,
serão escolhidas aleatoriamente 10 unidades amostrais para a coleta dos compartimentos folha,
serrapilheira e solo superficial, totalizando 100 unidades. O número de unidades amostrais foi
estipulado a partir da metodologia de Cochran (1977) para população infinita de amostras
(Tagliaferro et al., 2000). De acordo com Albert & Horwitz (1997), quanto menor a concentração
de um analito, maior é a variabilidade esperada no resultado de sua determinação, podendo o
desvio padrão ser estimado a partir da concentração. Desse modo, baseando-se nas concentrações
elementares determinadas por França et al. (2000) em árvores nativas de um fragmento florestal
do Estado de São Paulo, ambiente similar ao do presente estudo, estimou-se o desvio padrão para
cada elemento. Obteve-se o tamanho amostral de 10 unidades, que atende, em nível de 95% de
confiança e 10% de erro admissível, a maioria dos elementos químicos para as espécies
analisadas. Após a obtenção dos primeiros resultados das determinações elementares em
novembro de 2001, aplicar-se-á novamente o dimensionamento amostral para a reavaliação do
número ideal de unidades amostrais para cada elemento químico.
4.2.1. Compartimentos folha e serrapilheira
Para o compartimento folha, é recomendada a coleta no final da estação de crescimento,
quando os elementos já estiverem no máximo de acumulação (Ernst, 1995). Entrentanto, este
período não é identificado convenientemente para espécies tropicais. Desse modo, 3 coletas, com
intervalos aproximados de 2 meses, serão efetuadas a fim de identificar variações sazonais na
concentração de elementos químicos nas folhas. O compartimento serrapilheira será composto
por folhas recém-derrubadas coletadas com auxílio de redes devidamente instaladas sob a copa
das árvores. Em se tratando de espécies da família das palmáceas, que derrubam folhas com
menor freqüência, folhas mortas ainda nas árvores ou folhas já depositadas sobre o solo serão
consideradas na amostragem.
O material vegetal será lavado seguindo dois procedimentos, ou seja, com a utilização de
água bidestilada e com solução de EDTA 0,01 M (Markert, 1995), permitindo estimar a
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contribuição atmosférica para as concentrações elementares. Todas as folhas serão submetidas a
secagem em estufa a 60ºC até peso constante, seguida da redução da granulometria em moinho
de disco orbital de alumina para evitar a contaminação metálica das amostras.
4.2.2. Compartimento solo
Serão coletadas amostras de solo na área abrangida pela projeção da copa das unidades
amostrais, nas profundidades correspondentes a 0-10 cm e 10-30 cm, de modo a representar o
compartimento de solo superficial (Golley et al., 1978) e possibilitar o estudo da influência da
serrapilheira sobre o solo.
As amostras de solo serão submetidas a secagem a 85ºC e posterior redução em moinho
de disco orbital para a obtenção de granulometria apropriada à análise.
4.3. Análise por ativação neutrônica instrumental
A análise por ativação neutrônica instrumental (INAA) constitui técnica de alta qualidade
metrológica com exatidão adequada a análises ambientais, favorecendo a comparabilidade de
resultados (Bode et al., 2000; Bacchi et al., 2000). Além disso, prescinde de tratamento químico
de amostras e possui aplicabilidade comprovada em estudos que envolvem matrizes biológicas
complexas (Oliveira et al., 1997; Saiki et al., 1997; Naidu et al., 1999; Coccaro et al., 2000;
Furukawa et al., 2000). Esta técnica baseia-se na irradiação de amostras em fluxo de nêutrons, os
quais interagem com os nuclídeos que as compõem, formando radionuclídeos pela reação
conhecida como ativação. O número de átomos ativados é proporcional ao número de átomos do
nuclídeo, dependendo, também, de fatores como o fluxo de nêutrons incidente, a seção de
choque e a abundância isotópica do nuclídeo alvo.
No Laboratório de Radioisótopos (LRi) do Centro de Energia Nuclear na
Agricultura (CENA), cerca de 30 elementos são passíveis de determinação, dependendo da
concentração e do tipo de matriz. França et al. (2000) demonstraram que os elementos As, Ba,
Br, Ca, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Fe, Hf, K, La, Na, Nd, Rb, Sb, Sc, Sm, Sr, Ta, Tb, Th, Yb e Zn
podem ser determinados nos compartimentos de espécies arbóreas.
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Todas as amostras serão destinadas à INAA que proporcionará a determinação
multielementar nos compartimentos. Porções das amostras com aproximadamente 200 mg serão
pesadas diretamente em cápsulas de polietileno de elevada pureza, específicas para a irradiação e
fabricadas pela Vrije Universiteit, Amsterdam, Holanda. Serão empregados fragmentos de uma
liga de Ni-Cr de concentração química demonstrada (França et al., 1999) para a monitorização
do fluxo de nêutrons.
A irradiação sob um fluxo de nêutrons da ordem de 1013 n cm-2 s-1 será realizada no
reator nuclear de pesquisa IEA-R1m do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN),
em São Paulo. As amostras serão liberadas do IPEN e trazidas ao LRi, Piracicaba, quando
atingirem um nível de radioatividade seguro para manipulação, normalmente 3-4 dias após o
término da irradiação. Este é um fator que limita o número de elementos determináveis no LRi,
como os radionuclídeos de meia-vida curta. A radioatividade induzida será detectada por
espectrometria gama de alta resolução, utilizando-se de detectores de germânio hiperpuro. Após
a análise dos espectros de radiação gama, serão calculadas as concentrações dos elementos por
método paramétrico k0 conforme Bacchi et al. (2000).
Para assegurar a qualidade do procedimento analítico, irradiar-se-ão concomitantemente
às amostras materiais de referência certificados de matrizes vegetais e geológicas, produzidos
pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, USA, e Agência
Internacional de Energia Atômica (IAEA), Viena, Áustria.
5. INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS
5.1 Contaminação superficial
A contaminação superficial de matrizes vegetais é um fato conhecido e bastante
preocupante na análise de plantas. O material exógeno incrementa a concentração aparente dos
elementos químicos sobre seus valores endógenos (Wyttenbach & Tobler, 1998). Este problema
pode ser resolvido pela lavagem com solventes apropriados que, mesmo retirando o material
depositado nas folhas, não promovem a lixiviação de elementos químicos endógenos
(Markert, 1995). Além disso, a determinação de alguns elementos, como Ti e Al (Ernst, 1995;
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Fernandes et al., 1995) e Sc (Fernandes, 1993; Hinton et al., 1995; Fernandes, 1997) pode
auxiliar na estimativa da contaminação superficial.
Com a lavagem de folhas por dois procedimentos distintos, poder-se-á avaliar a influência
da contaminação superficial, tanto pela diferença observada entre as concentrações químicas
elementares das folhas lavadas com solvente e água destilada, quanto pela razão de concentração
folha/solo de elementos traçadores de solo, parâmetro este bastante utilizado para estudos dessa
categoria (Markert, 1995; Wyttenbach & Tobler, 1998).
5.2. Ciclagem de elementos químicos
Para o estudo da ciclagem de elementos químicos, razões de concentração
folha/serrapilheira e folha/solo serão utilizadas. As razões de concentração folha/solo (CR)
relatadas para ecossistemas de clima temperado (Wyttenbach et al., 1995; Wyttenbach &
Tobler, 1998) parecem ser diferenciadas daquelas obtidas para a floresta semidecidual do Estado
de São Paulo (França et al., 2000), dada a grande variação existente nos valores de CR,
proporcionada, em muitos casos, pela complexa relação solo-planta (Wyttenbach &
Tobler, 1998). Neste trabalho, as razões de concentração serão obtidas a partir das concentrações
totais dos elementos químicos do solo, que fornecem informações preliminares sobre a
disponibilidade de elementos químicos às plantas (Wyttenbach et al., 1995; Wyttenbach &
Tobler, 1998). As razões de concentração serão empregadas na identificação de espécies
bioacumuladoras de elementos químicos. Por exemplo, espécies acumuladoras de Co podem
atingir a concentração de até 30 ppm deste elemento em suas folhas (Breulmann et al., 1999;
França et al., 2000), sendo a concentração média em plantas em torno de 0,02 a 0,5 ppm
(Markert, 1998).
Para a verificação da estratégia de resgate de elementos químicos, as razões de
concentração folha/serrapilheira serão primordiais. O resgate é típico de ecossistemas
oligotróficos como na Mata Atlântica (Moraes & Domingos, 1997), nos quais nutrientes são
continuamente reciclados na biomassa. Entretanto, alguns fenômenos foram observados quanto
ao comportamento de elementos químicos considerados não essenciais. Em floresta tropical,
verificou-se o resgate de Br pela planta em quantidades semelhantes às do K
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(França et al., 2000), embora este elemento não possua funções fisiológicas conhecidas para
organismos terrestres (Kabata & Pendias, 1987; Markert, 1998).
Estudos compreendendo a distribuição de lantanídeos em ecossistemas tropicais vêm
sendo cada vez mais requisitados (Maria et al., 2000), assim o modelo de distribuição destes
elementos será testado e as concentrações elementares comparadas aos valores de referência em
plantas de clima temperado, ambos propostos por Markert & De Li (1991a).
Além disso, técnicas multivariadas de análise da variância (MANOVA) serão aplicadas
para o conhecimento de relações quantitativas entre a composição multielementar e as espécies
arbóreas coletadas (Brown, 1998). Dentre as ferramentas estatísticas disponíveis, a análise de
componentes principais (PCA) e a análise de agrupamento (“cluster”) serão empregadas pelo
fato de mostrarem-se eficazes na identificação de características peculiares da distribuição de
elementos químicos de matrizes ambientais (Fernandes et al., 2000; Martín et al., 1998;
Markert, 1993).
5.3. Influência das espécies sobre o solo
Espécies vegetais bioacumuladoras de elementos químicos podem interferir na
concentração química elementar do solo. A concentração química na superfície pode ser
significativamente maior (0-10 cm) que a concentração em sub-superfície (10-30 cm),
demonstrando, muitas vezes, o incremento proporcionado pela deposição de material vegetal.
Para verificar a influência dos compartimentos vegetais sobre a concentração química superficial
do solo, propõe-se o delineamento experimental descrito a seguir.
Serão admitidos dois fatores de tratamento, ou seja, espécie arbórea (espécie) e
profundidade do solo (profundidade). As espécies de árvores terão 10 níveis do fator de
tratamento, enquanto para o tratamento profundidade apenas dois níveis (0-10 cm; 10-30 cm)
serão considerados, resultando em 20 combinações. Com isso, será estudado o efeito isolado de
cada fator e a interação entre eles.
Considerando os fatores espécie e profundidade com 10 e 2 níveis respectivamente, tem-
se o fatorial 10 x 2, com 20 combinações. Admite-se que esses tratamentos foram distribuídos
14
em unidades amostrais segundo o delineamento em blocos casualizados, em 100 blocos. O
modelo matemático adotado é o que se segue
( ) ijkkijjiijky εγαββαµ +++++=
com i= 1,2,3,...,10; j=1,2; k=1,2,...,100
ijky é o valor observado do nível i do fator espécie combinado com o nível j do fator
profundidade no bloco k
µ é a média populacional geral
iα é o efeito do nível i do fator espécie
jβ é o efeito do nível j do fator profundidade
( )
ijαβ
é o efeito da interação entre o nível i do fator espécie e o nível j do fator
profundidade
kγ é o efeito do bloco k
ijkε é o erro ao acaso associado à cada observação
Basicamente, aplicar-se-ão os seguintes testes estatísticos utilizando-se do programa SAS
(SAS Institute Inc., 1996):
- teste de Harley (Fmáx) para verificar a homogeneidade de variâncias
- teste de F-Snedecor ou teste “t” para selecionar a transformação estabilizadora da
variância, caso não seja detectada a homogeneidade de variâncias
- teste F para a análise da variância e verificação da interação entre os fatores de
tratamento
5.4. Obtenção do “background”
Pela composição química elementar dos compartimentos vegetais, obter-se-á a estimativa
do “background” do PECB. Desse modo, em estudos posteriores, será possível avaliar alterações
na unidade de conservação quanto à poluição por elementos químicos. É provável que algumas
espécies arbóreas proporcionem maior sensibilidade na detecção de impactos, quando avaliadas
em referência ao processo de bioacumulação de elementos químicos nos compartimentos.
15
6. PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA
O plano de trabalho está dividido em três etapas principais, sumarizadas na Tabela 3. A
primeira etapa consiste no reconhecimento da área de estudo, período em que será implantada a
parcela permanente, bem como no cumprimento dos créditos em disciplinas. É bem provável que
neste período já seja realizado o inventário das espécies do PECB. Estas atividades serão
cumpridas no escopo do Projeto sob coordenação do Prof. Dr. Ricardo Ribeiro Rodrigues.
Na etapa seguinte, amostras dos compartimentos solo, serrapilheira e folha nas unidades
amostrais serão coletadas. A amostragem será efetuada em três épocas distintas a intervalos de
3 meses. Em cada uma das épocas, duas coletas serão realizadas, em meses subseqüentes,
trabalhando-se com 5 espécies de cada vez. Esta divisão é necessária, pois a massa de amostras
será relativamente grande (aproximadamente 100 kg) e com alto teor de umidade, requerendo
secagem imediata, pois alterações por decomposição microbiológica podem ocorrer.
Para a determinação multielementar, são previstos 4 lotes de amostras de vegetais e solo a
serem irradiadas para cada época de coleta, totalizando 12 lotes. Após a irradiação, as amostras
terão a radioatividade induzida detectada em quatro ocasiões, com tempos de decaimento
aproximados de 3, 7, 15 e 30 dias. A radiação gama dos monitores de fluxo será detectada aos 20
e 40 dias de decaimento. A análise espectral e o cálculo de concentrações pelo método k0
demandarão um tempo expressivo, considerando-se a análise de 75 amostras por lote, incluindo-
se os materiais de referência certificados.
A etapa 3 consiste na análise e interpretação dos resultados, na preparação da monografia
para exame de qualificação e na redação da dissertação.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1
Tabela 3. Cronograma de execução do plano de trabalho
2001 2002 2003 Atividade
F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F
1.1 Cumprimento dos créditos em disciplinas ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
1.2 Reconhecimento da área ♦ ♦
1.3 Implantação das parcelas ♦ ♦ ♦
1.4 Identificação das espécies mais importantes ♦ ♦ ♦
2.1 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.2 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.3 INAA ♦ ♦ ♦
2.4 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.5 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.6 INAA ♦ ♦ ♦
2.7 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.8 Amostragem dos compartimentos – 5 espécies ♦ ♦
2.9 INAA ♦ ♦ ♦
3.1 Análise estatística e interpretação ♦ ♦ ♦ ♦
3.2 Atualização da revisão de literatura ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
3.3 Monografia para exame de qualificação ♦ ♦ ♦
3.4 Redação da Dissertação ♦ ♦ ♦ ♦
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