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27, 28 e 29 de outubro de 2009
XVII Congresso de Iniciação Científica
I Congresso de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação
SIMULAÇÃO DO TRANSPORTE DO PACLOBUTRAZOL (PBZ) EM
COLUNAS DE SOLOS
Filipe de Moraes Rêgo Magalhães1 ; Antônio Celso Dantas Antonino2
1
2
Estudante do Curso de Ciência da Computação - CIn – UFPE; E-mail: [email protected]
Docente/pesquisador do Depto de Energia Nuclear – CTG – UFPE. E-mail: [email protected].
Sumário: Simulou-se, com o modelo Hydrus-1D, o transporte do paclobutrazol (PBZ) em
colunas de solos saturadas. O modelo utilizado foi o de convecção-dispersão a dois sítios
de sorção. A análise de sensibilidade foi realizada por meio do método de superfícies de
resposta. O dado de saída avaliado na análise de sensibilidade, do modelo Hydrus-1D, foi a
curva de eluição. Os dados de entrada analisados foram o coeficiente de transferência de
massa, a taxa de decaimento, a dispersividade longitudinal e o coeficiente de partição solosolução. Na simulação, para as curvas de eluição, observou-se que o melhor ajuste entre a
curva experimental e a simulada foi para o valor de µl de 0,085 e 0,01 para o Argissolo e
Vertissolo, respectivamente, na vazão de 0,4 cm3.min-1. Na análise se sensibilidade,
observou-se que com o aumento do coeficiente de partição solo-solução (KD) ocorreu uma
diminuição na concentração relativa, enquanto que com a diminuição dos valores de KD
houve um aumento significativo. O modelo Hydrus-1D simulou bem a concentração
relativa em função do tempo em colunas de solo saturado. A curva de eluição foi mais
sensível a taxa de decaimento, ao coeficiente de partição solo-solução e ao coeficiente de
transferência de massa.
Palavras–chave: transporte de soluto; hydrus-1D; solos tropicais
INTRODUÇÃO
Sabe-se que produção agrícola é muito importante na economia de um país em
desenvolvimento. Para obterem-se produções em grande escala e de uma forma
homogênea, faz-se uso de substâncias reguladoras de crescimento vegetal. Dentre os
agroquímicos utilizados, destacam-se os xenobióticos, que são compostos químicos
poluentes da biosfera, com estruturas moleculares que não são reconhecidas pelas enzimas
degradativas existentes na natureza e, portanto, resistem à biodegradação ou não são
completamente metabolizadas, resultando em um acúmulo no ambiente (SILVA; FAY,
1997). O Paclobutrazol, composto xenobiótico, é um regulador do crescimento vegetal,
cujo modo de ação é a inibição da síntese de giberelina, o que resulta na indução floral para
a expansão da produção. O uso incorreto de produtos químicos em áreas agrícolas
representa grande ameaça ao meio ambiente, sendo necessário estudar os destinos e as
conseqüências do transporte destas moléculas e seus resíduos (MATTOS; SILVA, 1999).
Com isso, o objetivo geral desta investigação é estudar os processos de transferência de
paclobutrazol nos solos. Alguns trabalhos têm sido realizados nos últimos anos sobre o
impacto ambiental causado pelo paclobutrazol, entre eles, Ferracini et al. (2001)
analisaram a contaminação das águas superficiais e subterrâneas por pesticidas aplicados
na cultura de manga e uva na região de Petrolina/PE e Juazeiro/BA por meio do índice de
GUS (Groundwater Ubiquity Score) e dos critérios propostos por GOSS e verificaram que
o paclobutrazol apresentou grande potencial de mobilidade no ambiente.
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MATERIAIS E MÉTODOS
Com modelo Hydrus 1D que descreve as transferências de água e solutos em solos, foram
realizadas simulações do transporte e das transformações do paclobutrazol em colunas de
solo (z = 20 cm) com o Argissolo-Amarelo e com o Vertissolo. Para simular o transporte
de soluto foi utilizado o modelo de convecção - dispersão à dois sítios de sorção. Para a
curva de retenção da água e a curva de condutividade hidráulica, o Hydrus 1D
disponibiliza o modelo de van Genuchten com a hipótese de Mualem para a relação m e n.
Os dados experimentais dos ensaios de eluição do Paclobutrazol (PBZ) em colunas de
solos, bem como os parâmetros relativos ao ajuste do modelo convecção dispersão à dois
sítios de sorção das curvas de eluição foram obtidos por Milfont et al. (2008). O modelo de
não-equilíbrio químico considera que a sorção em alguns sítios seja instantânea, enquanto
que a sorção nos sítios restantes é governada por cinética de primeira ordem (Selim et al.,
1976; Cameron & Klute, 1977). Na forma adimensional, o modelo que representa o nãoequilíbrio químico a dois sítios de sorção é dado por:
Na qual, C1 e C2 são as concentrações no sítio em equilíbrio e não-equilíbrio
respectivamente; T = vt / L é o tempo, Z = x / L é a coordenada espacial
adimensionalizada, P = vL / D é o número de Peclet, com D = λ v + D* sendo D o
coeficiente de dispersão e D* o coeficiente de difusão no solo; µ1 é a taxa de decaimento
de primeira ordem; β é o coeficiente de partição entre os dois sítios de sorção; ω é o
número de Damköhler, representando o coeficiente de transferência de massa
adimensionalizado, para o modelo de dois sítios de sorção β e ω são definidos como:
na qual θ é a umidade volumétrica [L3 L-3], f é a fração de sítios em equilíbrio, α [T-1] é a
taxa de cinética de primeira ordem para sítios em não-equilíbrio, KD é o coeficiente de
partição solo-solução, ρd é a massa especifica aparente do solo [M L-3], L é o comprimento
da coluna [L] e v é a velocidade [L T-1]. Para realizar as simulações com o Hydrus 1D foi
necessário ajustar a taxa de decaimento pois a mesma no modelo é calculada a partir das
taxas de decaimento na fase sólida em equilíbrio (µs) e na fase líquida (µl) pela expressão:
L(θµl + f ρ d k D µ s )
µ=
θv
Na qual, f é a fração de sítios de sorção para o qual o equilíbrio é instantâneo. O
desempenho do modelo foi avaliado por meio da comparação entre os valores simulados e
os experimentais. A análise de sensibilidade foi realizada por meio do método de
superfícies de resposta, isto é, cada parâmetro selecionado foi modificado para cada
simulação, enquanto os demais foram mantidos constantes. O mesmo procedimento foi
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repetido para outro parâmetro e assim sucessivamente. O dado de saída avaliado na análise
de sensibilidade, do modelo Hydrus 1D, foi a curva de eluição, ou seja a concentração
relativa versus tempo na base da coluna. Os dados de entrada analisados foram o
coeficiente de transferência de massa (α), a taxa de decaimento (µ), a dispersividade
longitudinal (λ) e o coeficiente de partição solo-solução (KD). Os valores destes parâmetros
tomados como referência foram obtidos por Milfont et al. (2008) para o Argissolo (Tabela
1). A análise de sensibilidade foi realizada variado os valores de referência desses
parâmetros em -20%, -40%, -60%, -80%, 20%, 40%, 60%, 80% e 100%.
Tabela 1 – Valores de referência dos parâmetros de transporte do paclobutrazol µ, α, λ e
KD.
Kd
µ
α
λ
0,555
0,027
0,925
3,180
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nas curvas de eluição, concentração relativa versus tempo, observou-se que o melhor
ajuste entre a curva experimental e simulada utilizando o modelo de dois sítios de sorção
no Hydrus 1D, foi para o valor de µl de 0,085 e 0,01 para o Argissolo e Vertissolo,
respectivamente, na Vazão de 0,4 cm3.min-1 (Figura 1).
Argissolo - Q = 0,4 cm³/min
Vertissolo - Q = 0,4 cm³/min
0.25
0.06
medido
0.05
simulado
0.04
0.03
medido
simulado
0.2
C/C0
C/C0
0.07
0.15
0.1
0.02
0.01
0.05
0
0
0
200
400
Tempo (h)
600
0
200
400
600
Tempo (h)
Figura 1 - Concentração do Paclobutrazol medida e simulada no Hydrus 1D para o
Argissolo e o Vertissolo na vazão de 0,4 cm³/min.
Na análise se sensibilidade observou-se que com a diminuição da taxa de decaimento (µ)
houve um aumento na concentração relativa (C/C0) presente na solução. Para os valores
baixos do coeficiente de transferência de massa (α) ocorreu um aumento na concentração
presente na solução. Ocorreu um pequeno aumento na concentração relativa com a
diminuição do coeficiente de dispersividade longitudinal (λ), porém a variação na
concentração relativa foi praticamente inexistente com o aumento do parâmetro λ.
Observou-se que com o aumento no coeficiente de partição solo-solução (KD) ocorreu uma
diminuição na concentração relativa (C/C0), enquanto que com a diminuição dos valores
de KD houve um aumento significativo.
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Tabela 2 - Variação da concentração relativa (C/C0) em relação aos parâmetros de
transporte do paclobutrazol µ, α, λ e KD
%
KD
µ
α
λ
C/C0
C/C0
C/C0
C/C0
-80
0,07916 0,0904 0,08032 0.2848
-60
0,07228 0,0776 0,06596 0.1641
-40
0,06624 0,0678 0,05976 0.1056
-20
0,06024 0,0602 0,05636 0.0736
0
0,05380 0,0542 0,05416 0.0542
20
0,05020 0,0496 0,05292 0.0418
40
0,04632 0,0460 0,05204 0.0332
60
0,04224 0,0432 0,05148 0.0272
80
0,03896 0,0412 0,05112 0.0228
100
0,03559 0,0398 0,05092 0.0196
CONCLUSÕES
O modelo Hydrus 1D simulou bem a concentração relativa em função do tempo em
colunas de solo saturado. A curva de eluição, simulada com o modelo Hydrus 1D, foi mais
sensível a taxa de decaimento (µ), ao coeficiente de partição solo-solução (KD) e ao
coeficiente de transferência de massa (α), e pouco sensível com o aumento do coeficiente
de dispersividade longitudinal λ e não apresentou sensibilidade com a diminuição do
mesmo. Sugestão futura: realizar simulações do transporte do paclobutrazol em condições
reais de campo.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq pelo apoio financeiro, a UFPE pela excelente formação humana e profissional
que me propicia, ao professor Antonio Celso Dantas Antonino pela cobrança, incentivo e
companheirismo, e aos alunos de mestrado: Edevaldo Miguel Alves e Manuela Virginia
Salgueiro Gondim pelo companheirismo e por acompanhar os trabalhos, aos meus pais
pela educação e pelo carinho, a Deus pela oportunidade de viver cada segundo.
REFERÊNCIAS
CAMERON, D.A. & KLUTE, A. Convective-dispersive solute transport with a combined
equilibrium and kinetic adsorption model. Water Resour. Res., 19:718-724, 1977.
FERRACINI, V. L.; PESSOA, M. C. Y. P.; SILVA, A. S; SPADOTTO, C. A. Análise de
risco de contaminação das águas subterrâneas e superficiais da região de Petrolina (PE) e
Juazeiro (BA). Pesticidas: R. Ecotoxicol. e Meio Ambiente, Curitiba, v. 11, p. 1-16,
jan./dez. 2001.
MATTOS, L.M.; SILVA, E. F. da. Influência das propriedades de solos e de pesticidas no
potencial de contaminação de solos e águas subterrâneas. Pesticidas: R. Ecotoxicol. e
Meio Ambiente, Curitiba, v. 9, p.103-124, jan./dez. 1999.
MILFONT, M. L. B., ANTONINO, A. C. D., MARTINS, J.M.F., NETTO, A.M.,
GOUVEIA, E. R., CORREA, M. M. Transporte do paclobutrazol em colunas de solos.
Revista Brasileira de Ciência do Solo. , v.32, p.2165 - 2175, 2008.