PATRÍCIA FERNANDA DA SILVA MORAES COTELO
ESTUDO DA INCORPORAÇÃO DE COBALTO E ZINCO
POR PLÂNTULAS DE Rhizophora mangle
UTILIZANDO RADIOTRAÇADORES
Dissertação apresentada ao curso de PósGraduação
em
Geociências
da
Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do Título
de Mestre em Geociências, Área de
Concentração: Geoquímica Ambiental.
Orientador: PROF. DR. ALFREDO VICTOR BELLIDO BERNEDO
Niterói
2004
PATRÍCIA FERNANDA DA SILVA MORAES COTELO
ESTUDO DA INCORPORAÇÃO DE COBALTO E ZINCO
POR PLÂNTULAS DE Rhizophora mangle
UTILIZANDO RADIOTRAÇADORES
Dissertação apresentada ao curso de PósGraduação
em
Geociências
da
Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do Título
de Mestre em Geociências, Área de
Concentração: Geoquímica Ambiental.
Aprovada em agosto de 2004.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________
Prof. Dr. Alfredo Victor Bellido Bernedo - Orientador/UFF
__________________________________________________
Dr. Luis Fernando Bellido Bernedo - IEN/CNEN
______________________________________________
Dr. Julio Cezar Suita – IEN/CNEN
_____________________________________________
Prof. Dr. John Edmund Lewis Maddock – UFF
__________________________________________________
Prof. Dr. Sambasiva Rao Patchineelam - UFF
Niterói
2004
DEDICATÓRIA
Aos meus filhos Júlia (7 anos),
Luísa (5 anos) e
Bruno (3 anos)
Ao meu marido Nestor
Aos meus pais
AGRADECIMENTOS
• Ao Prof. Dr. Alfredo Victor Bellido Bernedo pela orientação e interesse
•
•
•
•
•
demonstrado no trabalho.
Ao Dr. Luis Fernando Bellido Bernedo pela orientação e colaboração
constante em todas as etapas deste trabalho.
Ao Prof. Dr. John Edmund Lewis Maddock e Dr. Sambasiva Rao
Patchineelam pelas correções e sugestões realizadas.
Ao Instituto de Engenharia Nuclear que possibilitou o cultivo das plantas em
suas dependências.
Ao amigo Dr. Wilson Thadeu Valle Machado pelo incentivo, sugestões,
críticas, correções e sobretudo pelo apoio constante nos momentos mais
difíceis.
À todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste
trabalho estimulando o tempo todo e não permitindo que eu desistisse: Rose,
Denise, Edimar, Kátia, Fátima, Jeferson, Anderson, Mônica, Bárbara, Gisele,
Abdoulay, Daniela, Eliane, toda a turma do Mestrado, Wanda, Diana,
Cristina, inúmeros amigos das escolas que leciono e ...
SUMÁRIO
RESUMO
ABSTRACT
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................... ............. 10
1.1 ECOSSISTEMAS DE MANGUEZAL .............................................................. 11
1.2 ACUMULAÇÃO DE METAIS EM MANGUEZAIS ....................................... 12
1.3 A ESPÉCIE Rhizophora mangle ........................................................................ 15
1.4 ÁREA DE AMOSTRAGEM ............................................................................. 17
1.5 RADIOTRAÇADORES ..................................................................................... 18
1.6 FATOR DE TRANSFERÊNCIA ....................................................................... 20
2 OBJETIVOS ............................... ......................................................................... 21
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 22
3.1 COLETA, PLANTIO E CULTIVO DE R. mangle ............................................ 23
3.2 MEDIDAS DE CRESCIMENTO DAS PLÂNTULAS ..................................... 24
3.3 APLICAÇÃO E INCUBAÇÃO DOS RADIONUCLÍDEOS ............................ 25
3.4 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS PARA ANÁLISE .................................... 26
3.5 DETECÇÃO E MEDIDA DA ATIVIDADE ..................................................... 27
3.6 TRATAMENTO DOS DADOS.......................................................................... 29
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................ 30
4.1 DESENVOLVIMENTO DAS PLANTAS.......................................................... 30
4.2 INCORPORAÇÃO DE ZN-65 E CO-58 PELAS PLÂNTULAS....................... 33
4.3 CORRELAÇÕES ENTRE A INCORPORAÇÃO DE Co-58 e Zn-65 .............. 40
4.4 CORRELAÇÕES ENTRE A INCORPORAÇÃO DE METAIS E A
ESTRUTURA E DESENVOLVIMENTO DAS PLÂNTULAS ....................... 42
5 CONCLUSÕES .................................................................................................... 44
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. 46
RESUMO
A contaminação do solo em decorrência das liberações de elementos químicos ao
meio ambiente e sua transferência para as plantas é uma importante via para a
exposição humana através da cadeia alimentar. A fim avaliar a capacidade de
incorporação de zinco e cobalto pelas plantas do tipo Rhizophora mangle,
encontradas em mangues, foram realizadas experimentos no laboratório usando os
radiotraçadores de Zn-65 e Co-58. Tanto as plantas quanto o sedimento foram
coletados no manguezal de Itacuruça, Baía de Sepetiba, RJ, Brasil. No presente
trabalho apresenta-se pela primeira vez dados de fatores de transferência para os
elementos estudados no sistema descrito durante um período de 1, 3 e 6 meses de
incubação. Após um mês da adição dos radiotraçadores encontrou-se uma
incorporação, em ambos radionuclídeos, em torno de 2%. Para um período de três
meses de incorporação foi diferenciada em 6% e 3% e para seis meses de 11% e 6%
para Zn-65 e Co-58 respectivamente. Comparando as atividades dos traçadores
encontrados nos diversos compartimentos das plantas: raiz, caule e folha, observouse que a maior parte da atividade dos traçadores, encontrava-se nas raízes (acima de
60%). Constatou-se ainda de que apesar das atividades dos traçadores nas raízes das
plantas terem dobrado entre três a seis meses, ao considerar as atividades específicas,
não se observou nenhuma diferença significativa.
radiotraçadores; sedimentos; manguezal; zinco; cobalto; Rhizophora mangle; Baía de
Sepetiba.
ABSTRACT
Contamination of soil resulting from releases of chemical elements to the
environment and their transfer to plants, is an important route to human exposure
through the food chain. To evaluate the uptake capacity of Rhizophora mangle plants
for zinc and cobalt laboratory experiments using radiotracer of Zn-65 and Co-58
were carried out. The plants and sediments samples were collected from a mangrove
area located at Itacuruça, Sepetiba Bay, RJ, Brazil. In the present work data for
transfer factor are reported for the first time for 1, 3 and 6 month of experiments. It
was found that one month after spiking the tracers the uptake were 2% for both Co
and Zn. For three month experiments the uptake by the pants were 6% for Zn-65 and
3% for Co-58 and for a six month were 11% and 6% respectively. Comparing the
tracer activities for the root, stem and leaf, for both radionuclides, the root’s
activities were always greater than 60% of the total activity of the plant. Although,
the activity of the plant’s root for six month experiments were twice those for three
months, it was found, when considering the specific activities, that there was not
much significant difference between them.
radiotracers; sediments; mangrove; zinc; cobalt; Rhizophora mangle; Sepetiba.Bay
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Distribuição de R. mangle no continente
Americano ..............................................................................................16
Figura 2 – Exemplares da espécie Rhizophora mangle no manguezal
de Itacuruçá, Baía de Sepetiba, Estado do Rio de Janeiro ......................16
Figura 3 – Mapa do local da coleta dos propágulos .................................................17
Figura 4 - Etapas da pesquisa .................................................................................22
Figura 5 - Casa de vegetação onde foram cultivadas as plantas .............................23
Figura 6 - Propágulos de R. mangle uma semana após o plantio ..........................24
Figura 7 - Plântulas de R. mangle um mês e meio após o plantio ........................25
Figura 8 - Plântulas de R. mangle após a aplicação dos radioisótopos ................26
Figura 9 - Plântulas de R. mangle compartimentadas em raízes, caule
e folhas ...................................................................................................27
Figura 10 - Esquema do detector de germânio hiper puro (HPGe) .........................28
Figura 11 - Exemplo de espectro de raios gama obtido para uma
amostra de raiz .......................................................................................28
Figura 12 - Gráfico dos Fatores de Transferência ...................................................33
Figura 13 - Gráficos da incorporação de Zn-65 ......................................................36
Figura 14 - Gráficos da incorporação de Co-58 ......................................................38
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Peso úmido e comprimento dos propágulos utilizados no
Experimento .....................................................................................30
TABELA 2 - Crescimento em altura e peso seco das plântulas e partição
(percentual) do peso seco total entre folhas, caule e raízes ..............31
TABELA 3 - Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das
correlações (p) encontradas entre os dados de estrutura
dos propágulos (peso e altura) e respectivas plântulas ....................32
TABELA 4 - Fatores de transferência das atividades de Zn-65 e
Co-58 aplicadas nos sedimentos .......................................................33
TABELA 5 - Dados da incorporação de Zn-65 pelas plântulas ...............................35
TABELA 6 - Dados da incorporação de Co-58 pelas plântulas ...............................37
TABELA 7- Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das
correlações (p) entre os dados de Zn-65 e Co-58 nas
folhas (ZnF e CoF), nos caules (ZnC e CoC), nas raízes
(ZnR e CoR) e no total das plântulas (ZnT e CoT) ..........................41
TABELA 8- Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das
correlações (p) entre os dados de estrutura dos
propágulos e de crescimento total das plântulas e a
acumulação total de Zn-65 e Co-58 (Bq) .........................................42
TABELA 9- Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das
correlações (p) entre as massas de folhas, caules e raízes
produzidas e as respectivas acumulações de Zn-65 e
Co-58 ................................................................................................43
1 INTRODUÇÃO
Os ecossistemas costeiros tropicais são receptores de contaminantes
antropogênicos de diversas naturezas, que podem afetar processos biogeoquímicos
naturais e, através da cadeia alimentar, causar danos aos organismos costeiros e às
populações humanas presentes, como pode ocorrer em ambientes de manguezal
(PETERS ET AL., 1997), que possuem um grande valor ecológico e econômico
(ALONGI, 2002).
As condições anaeróbicas mantidas pela decomposição microbiana (baseada
na sulfato-redução) da matéria orgânica, associadas a altas taxas de sedimentação e
retenção de partículas finas e uma intensa produtividade e acumulação de matéria
orgânica, conferem uma elevada capacidade de retenção de contaminantes metálicos
aos sedimentos de manguezal (LACERDA, 1994, 1998) devido à precipitação dos
metais promovida pelo sulfeto liberado pela atividade bacteriana. Como
conseqüência, pode haver uma redução substancial da incorporação desses metais
pela vegetação de mangue (SILVA ET AL., 1990) e seu transporte para os ambientes
adjacentes (LACERDA ET AL., 1988).
Nas últimas décadas, um dos tipos de contaminantes que vêm sendo mais
freqüentemente estudados através de levantamentos no ambiente natural e/ou em
laboratório são os metais traço, que podem ter o seu comportamento no ambiente
costeiro melhor entendido através da realização de experimentos utilizando
radiotraçadores (SANTSCHI, 1988; HALL ET AL., 1989; CANESIN, 2000;
MACHADO ET AL., 2001).
Uma breve revisão da literatura sobre o uso de diversos radiotraçadores para
o estudo da adsorção de íons metálicos por superfícies sólidas e no estudo da
11
distribuição de elementos traços em plantas e animais é apresentada por Nayak
(2001), que demonstra a importância deste recurso para a comparação do
comportamento de diferentes elementos.
Silva (1988), estudou a distribuição e ciclagem interna de metais pesados em
um ecossistema de manguezal dominado por Rhizophora mangle na Baía de
Sepetiba e sugeriu que sejam feitos estudos utilizando radiotraçadores para melhor
entender a dinâmica de acumulação de metais nos ambientes de manguezal.
Entretanto, este recurso não tem sido utilizado para esclarecer a dinâmica de
contaminantes metálicos em ambientes de manguezal e pode vir a ser uma
importante ferramenta para se compreender, por exemplo, a transferência de metais
dos sedimentos para a vegetação de manguezal, como será estudado aqui, por um
experimento com a aplicação de radiotraçadores metálicos em um cultivo de plantas
de manguezal (Rhizophora mangle), no qual a incorporação de zinco (Zn) e cobalto
(Co) por estas plantas foi avaliada.
1.1 ECOSSISTEMAS DE MANGUEZAL
O manguezal é um ecossistema costeiro, de transição entre os ambientes
terrestre e aquático, característico de regiões tropicais e subtropicais, sujeito ao
regime de marés. É constituído por espécies vegetais lenhosas típicas, adaptadas às
condições específicas deste ambiente. No que diz respeito à energia e à matéria, são
sistemas abertos, recebendo, em geral, um importante fluxo de água doce,
sedimentos e nutrientes do ambiente terrestre e exportando matéria orgânica para o
mar ou águas estuarinas (LACERDA & REZENDE∗ APUD LACERDA, 1994).
Os manguezais cobrem uma área estimada em cerca de 14,2 × 106 ha em
áreas costeiras tropicais e subtropicais de continentes e ilhas, sendo que
aproximadamente 28,6% deste total é encontrado no continente americano
(LACERDA ET AL., 1993). No Brasil, ocorrem desde o Amapá (Cabo Orange, 4°30'
∗
LACERDA, L.D.; REZENDE, C.E. Mangrove carbon export to sea: a reevaluation of a paradigma.
In: Anais do II Simpósio sobre Ecossistemas da Costa Sul-Sudeste do Brazil, Acad. Ciências est.
São Paulo, v.1, p.169-182.
12
N) até Santa Catarina (Laguna, 28°30' S), ocupando uma área de cerca de 1,38 × 106
ha (KJERFVE & LACERDA, 1993).
O Estado do Rio de Janeiro possui 714 km de costa (aproximadamente 10%
da costa brasileira) e as suas duas maiores áreas de manguezais (Baía de Guanabara e
Baía de Sepetiba) encontram-se na parte sul da costa fluminense (TANIZAKIFONSECA, 1994).
Os manguezais possuem importantes funções ecológicas que os tornam
imprescindíveis para a região costeira tropical, como o controle de erosão costeira
pelas raízes de mangue (estabilização física da linha de costa), a retenção de
sedimentos terrestres, nutrientes e poluentes (o que reduz o assoreamento e a
contaminação das águas costeiras), o fornecimento de abrigo (formando um
berçário) para a fauna costeira (ROBERTSON & DUKE, 1987; ROBERTSON &
ALONGI, 1992; VANNUCCI, 1998; LACERDA, 2002). Outra função importante é
a exportação de matéria orgânica para os estuários e áreas costeiras adjacentes
(TWILLEY ET AL., 1992).
1.2 ACUMULAÇÃO DE METAIS EM MANGUEZAIS
Dada às condições hostis do ambiente físico sedimentar (isto é, substrato
fluido, geralmente salobro até salino e anaeróbico) para a maioria das plantas, as
espécies vegetais de mangue possuem adaptações estruturais e fisiológicas, tais
como alta produtividade e raízes aéreas para a sustentação. Mas, estas adaptações
podem influenciar a acumulação de metais pelas plantas de diferentes formas.
As raízes aéreas também são responsáveis pela captação e fornecimento de
oxigênio para a respiração das raízes subterrâneas (em meio anóxico), através da
translocação de ar das partes por um tecido vegetal denominado aerênquima,
criando-se uma rizosfera (ambiente diferenciado pela ação das raízes) mais oxidante
que as áreas vizinhas sem cobertura vegetal (ANDERSEN & KRISTENSEN, 1988).
Isto pode afetar largamente as condições de oxi-redução e de acidez dos sedimentos
de rizosfera, alterando a forma química (especiação) e a acumulação dos metais
(CLARK ET AL., 1998).
13
Para superar os problemas da salinidade as plantas de mangue desenvolveram
mecanismos que impedem com que o sal entre na planta através das raízes (como as
dos gênero Rhizophora) ou eliminam o sal através de glândulas localizadas nas
folhas (como as do gênero Avicennia), que podem também servir para excluir e
eliminar contaminantes metálicos (LACERDA, 1998; MACFARLANE &
BURCHETT, 2002).
Vários estudos anteriores têm analisado a acumulação de metais em
sedimentos e plantas de manguezal, como foi revisado por Lacerda (1998),
mostrando que existe uma grande variabilidade na transferência dos sedimentos para
as plantas.
Mesmo com a tendência geral de uma baixa transferência destes elementos
para a vegetação (PETERS ET AL., 1997), esta transferência pode gerar uma
ciclagem dos metais acumulados nos sedimentos através da vegetação (ZHENG ET
AL., 1997), e alguns estudos indicam que a acumulação de metais pode causar danos
às plantas (MACFARLANE, 2002).
Para estudar a incorporação de metais e os efeitos negativos que ela pode ter
(toxicidade) sobre as plantas de manguezal, vários trabalhos anteriores usaram
experimentos controlados de cultivo de plântulas (plantas imaturas) de manguezal,
adicionando metais não radioativos no substrato.
As espécies geralmente utilizadas nestes experimentos foram Rhizophora
mangle
(MONTGOMERY
&
PRICE,
1979;
WALSH
ET
AL.,
1979;
JAYASEKERA, 1991), Kandelia candel (CHIU & CHOU, 1991; CHIU ET AL.,
1995; TAM & WONG, 1997) e Avicennia marina (MACFARLANE &
BURCHETT, 1999, 2000, 2002), e eles geralmente indicam que as plantas
incorporam e, em alguns casos, podem ser afetadas pelos metais (no crescimento,
por exemplo), se uma exposição elevada aos contaminantes acontecer (WALSH ET
AL., 1979; CHIU ET AL., 1995; MACFARLANE & BURCHETT, 2002). .
Muitos estudos têm esclarecido o comportamento de metais traço (de origem
natural ou por contaminação) em sedimentos de ambientes de manguezal, que
mostram claramente que a distribuição e a biodisponibilidade destes metais é
influenciada pelas fases minerais predominantes, como sulfetos (em locais com
sedimentos redutores) e óxidos (em locais com condições oxidantes), e pela matéria
orgânica (HARBISON, 1984; LACERDA ET AL., 1993; CLARK ET AL., 1998).
14
Nos sedimentos, os metais podem seguir, por exemplo, o comportamento de
óxidos de Mn e Fe, apresentando acumulação ou remobilização quando estes óxidos
são formados ou dissolvidos (SHAW ET AL., 1990). O mesmo pode acontecer em
relação aos metais associados aos sulfetos (MORSE & LUTHER, 1999) e à matéria
orgânica ( RAE & ALLEN., 1993).
O Co e o Zn são elementos essenciais á vida das plantas que seguem estas
tendências de comportamento geoquímico (LACERDA, 1998), mas que se estiverem
disponíveis para uma incorporação elevada podem ser tóxicos para a vegetação
(REID & HAYES, 2003).
Na revisão da literatura sobre a concentração de metais em sedimentos e em
folhas de espécies de manguezal encontramos um número muito maior de estudos
envolvendo análises de Zn do que Co. Dentre os estudos mais recentes envolvendo a
geoquímica do Co em ambientes de manguezal podemos citar os de Andrade &
Patchineelam (2001), Soto-Jiménez & Paéz-Osuna (2001), Wasserman et al (2001) e
Alongi et al (2004).
Apesar dos dois metais poderem ter uma variação similar na sua acumulação
em sedimentos de manguezal, como foi visto pela correlação significativa entre as
concentrações destes metais mostrada por Soto-Jiménez & Paéz-Osuna (2001), estes
autores também mostraram que o Co teve uma correlação significativa com a matéria
orgânica e com o Mn, mas o Zn não.
Wasserman et al. (2001) mostrou um alto nível de contaminação de Zn em
áreas de manguezal da Baía de Sepetiba, mas não identificou o Co como
contaminante, não encontrando nenhuma associação entre as distribuições dos dois
elementos.
Mesmo podendo haver correlação entre as concentrações de metais nos
sedimentos e nas árvores de manguezal (MACFARLANE, 2002), fatores diversos
podem afetar a incorporação de metais por árvores de R. mangle, como a criação de
rizosferas oxidantes pelo O2 liberado pelas raízes das árvores, que podem causar a
retenção dos metais nos sedimentos e na superfície das raízes (formando depósitos
ricos em Fe e outros metais, chamados de placas-de-ferro) na forma de óxidos
(TANIZAKI, 1994), e mecanismos de exclusão de sais pelas raízes (LACERDA,
1998).
15
Youssef & Saenger (1996) mostraram, em experimentos de cultivo, que
várias espécies de manguezal, incluindo R. mangle, são capazes de oxidar as
rizosferas, podendo criar um ambiente menos anaeróbico. Isto foi também indicado
pelos resultados de Machado et al. (in press), que demonstraram o desenvolvimento
de placas-de-ferro em raízes de plântulas de manguezal em Coroa Grande, na Baía
de Sepetiba, incluindo plântulas de R. mangle. Este pode ser um importante
mecanismo de exclusão de metais pelas raízes, mediando a incorporação pelas
plantas.
Este mecanismo é possivelmente importante para as plântulas estudadas, pois
um exame visual indicou a presença de placas-de-ferro nas raízes delas, que estavam
freqüentemente cobertas por minerais de coloração avermelhada, indicativos da
presença de hidróxidos de Fe (MENDELSSOHN ET AL., 1995).
1.3 A ESPÉCIE Rhizophora mangle
A espécie Rhizophora mangle L. pertence a família Rhizophoraceae e é
conhecida pelos nomes populares de mangue vermelho, apareíba, guaparaíba,
guapereiíba ou mangue verdadeiro. Ela é nativa nas costas tropical e subtropical da
América, oeste da África, e algumas ilhas do Pacífico (RICKLEFS & LATHAM,
1993). A Figura 1 mostra a distribuição da R. mangle na América e a Figura 2 mostra
exemplares desta espécie no manguezal de Itacuruçá (Baía de Sepetiba, Rio de
Janeiro), ilustrando as raízes aéreas da planta adulta.
Uma característica importante dessa espécie é o fato da semente começar a
germinar ainda dentro do fruto, presa à planta mãe (viviparidade), formando um
pendão, chamado propágulo. Este, ao se desprender da planta, acaba enterrando sua
radícula na lama, permitindo a fixação da planta, após o seu transporte pelas águas
de maré.
A madeira vermelho-clara da R. mangle é usada na construção civil em vigas
de pequeno porte, caibros e esteios. É ótima para obras imersas porque é quase
imputrescível. É usada também para trabalhos de torno, peças de resistência, cabos
de ferramenta, lenha e carvão.
16
Sua casca, com alto teor de tanino (polissacarídeo de coloração vermelha), é
largamente utilizada na indústria de curtume, conferindo aos couros uma coloração
amarela. A casca, é ainda usada no tratamento médico de hemorragias, inflamações,
diarréias e hanseníase. As raízes são aproveitadas como um poderoso adstringente.
As folhas, que também são usadas em curtume, podem ser usadas na dieta
suplementar de gado e aves devido ao seu alto valor nutricional (JIMÉNEZ, 1985).
Figura 1 – Distribuição de R. mangle no continente
americano (Jiménez, 1985).
Figura 2 – Exemplares da espécie Rhizophora mangle no manguezal
de Itacuruçá, Baía de Sepetiba, Estado do Rio de Janeiro.
17
1.4 ÁREA DE AMOSTRAGEM
A floresta de manguezal de Itacuruçá, no norte da Baía de Sepetiba, foi
escolhida como local de amostragem (Figura 3) para este trabalho por ser uma
floresta dominada por R. mangle e, também, por já apresentar diversos estudos
anteriores de caracterização do ambiente e da ciclagem de metais traço (por
exemplo, OVALLE ET AL., 1990; CANESIN, 2000).
Uma avaliação da estocagem de metais (Fe, Mn, Zn, Cr, Pb, Cu e Cd) nos
sedimentos e nas plantas desta floresta de manguezal foi mostrada por Silva (1988).
Este estudo mostrou que 98% de ferro, 68% de manganês , 83% de zinco, 97% de
cromo, 100% de chumbo, 80% de cobre e 100% de cádmio, estão no sedimento
quando comparados com o compartimento biótico (folhas, galhos, troncos, raízes
aéreas e subterrâneas.
Figura 3 – Mapa do local da coleta dos propágulos
Silva et al. (1998) estudaram a ciclagem de Fe, Mn e Zn através da produção
e decomposição e exportação da serrapilheira e concluíram que a exportação de
metais através das folhas da R. mangle
é muito pequena, representando apenas
menos do que 0,01% do total de metal no sedimento.
18
Uma caracterização dos sedimentos do local de amostragem do trabalho aqui
apresentado pode ser encontrada, por exemplo, nos estudos de Lacerda et al. (1995),
Aragon & Miguens (2001) e Silva et al. (2003).
Os sedimentos ocupados por R. mangle, no local de amostragem, apresentam
concentrações de C de aproximadamente 3% e concentrações de N de
aproximadamente 0,2%, para os 15 cm superficiais, mostrando valores constantes
com a profundidade (LACERDA ET AL., 1995).
O conteúdo de sedimentos finos (silte e argila) apresenta, em média, uma
baixa variabilidade com a profundidade (até os 20 cm superficiais), variando de
cerca de 40% a 50%, e as concentrações totais de Fe, que geralmente mostraram
valores ao redor de 2%, chegaram a atingir mais de 4% nos horizontes de rizosfera
da floresta, entre 10 e 20 cm de profundidade (Silva et al., 2003).
Segundo a análise de Aragon & Miguens (2001), as águas intersticiais destes
sedimentos podem apresentar, em média, valores de Eh de –71 e –303 mV nos 5 cm
e nos 15 cm de profundidade, respectivamente. Este estudo também mostrou, em
média, valores de pH de 6,4 e 6,6 nos 5 cm e nos 15 cm de profundidade,
respectivamente. Estes resultados caracterizam, então, uma baixa acidez e condições
bastante redutoras.
O manguezal da Baía de Sepetiba, segundo Molisani et al. (2004), apresentase impactado por contaminantes metálicos oriundos da ocupação humana e
atividades industriais. Nas áreas norte e noroeste da baía, os estudos apontam uma
contaminação alta de Zn e Cd, além de também existir contaminação por Pb e Hg.
A toxicidade de sedimentos altamente contaminados por Zn e Cd da Baía de
Sepetiba para animais bentônicos foi estudada por Moraes et al. (2000) e a maioria
dos trabalhos sobre a contaminação de organismos da baía tem estudado Zn e Cd
(CARVALHO ET AL., 1991; AMADO FILHO ET AL., 1999; CORRÊA JÚNIOR
ET AL., 2000).
1.5 RADIOTRAÇADORES
Um radiotraçador é um isótopo radioativo do elemento químico e, portanto,
possui as mesmas propriedades químicas do elemento estável. A única diferença é a
19
sua propriedade de emitir radiação durante seu processo de desintegração até atingir
o estado fundamental (estável).
A primeira experiência com traçadores radioativos foi em 1913, quando de
Hevesy e Paneth determinaram a solubilidade de sais de Pb utilizando uma das
ocorrências naturais de isótopos radioativos do Pb. Apesar de ter se mostrado uma
técnica importante, os estudos com radiotraçadores só passaram a ser largamente
utilizados após a Segunda Guerra Mundial (CHOPIN ET AL., 1995).
Hoje, os radiotraçadores são amplamente utilizados em vários segmentos da
ciência e tecnologia, devido à grande variedade de radioisótopos no mercado, ao
desenvolvimento de técnicas para marcação dos mais variados compostos, ao
aprimoramento das técnicas de detecção de radiação e as facilidades na eletrônica
para aquisição e tratamento dos dados, empregando softwares específicos.
A utilização de radiotraçadores é bastante interessante porque a sua
quantidade empregada pode ser da ordem de 10-9-10-12 g que não altera a
concentração natural do elemento estudado.
As vantagens do uso da técnica de traçadores radioativos incluem:
a) Sensibilidade – limites muito baixos de detecção;
b) Identidade – cada radionuclídeo decai emitindo radiação característica,
permitindo determinação simultânea de diferentes radionuclídeos por
espectrometria gama;
c) Monitoração externa – o poder de penetração da radiação gama permite
métodos não-invasivos;
d) Analogia química e física – o radionuclídeo é quimicamente idêntico ao
isótopo estável;
e) Reprodutibilidade – a rapidez nas medidas da radiação permite repetir a
medida várias vezes.
Muitos estudos têm avaliado a dinâmica de incorporação de metais por
plantas e animais através do uso de radiotraçadores (SCHROEDER &
THORHAUGH, 1980; GUIMARÃES & PENNA-FRANCA, 1985; FISHER ET AL.,
1996; BIRD ET AL., 1998; WANG ET AL., 1999).
Alguns estudos vêm utilizando, por exemplo, cultivos controlados de plantas
terrestres com a aplicação de radiotraçadores para esclarecer a transferência de
20
metais traço dos solos para as plantas e a influência negativa dos metais no
desenvolvimento das plantas (KOCZOROWSKA & SLAWINSKI, 2003).
Alguns exemplos de radiotraçadores usados em experimentos para estes tipos
de estudo são o Mn-54 e o Zn-65 (LIN ET AL., 1995), o Zn-67 e o Pb-207
(WATMOUGH ET AL., 1999) e o Ni-63 (DENYS ET AL., 2002). Entretanto, não se
encontrou relatos na literatura
sobre o uso de radiotraçadores em estudos
envolvendo plantas de manguezal.
1.6 FATOR DE TRANSFERÊNCIA SOLO-PLANTA
A entrada de contaminantes traço presentes em ambientes terrestres para a
cadeia alimentar é controlada pela incorporação destes contaminantes pelas raízes
das plantas. Para estimar a transferência de metais, de pesticidas e de radionuclídeos
para a cadeia alimentar são determinados os fatores de transferência dos solos para
as plantas (EHLKEN & KIRCHNER, 2002).
Para o caso de radionuclídeos geralmente se assume que a concentração do
nuclídeo i na planta ou parte da planta, pCi (atividade / peso seco) é diretamente
proporcional a sua concentração no solo na região das raízes, sCi (atividade / peso
seco), ou seja:
p
Ci =
FTi. sCi
A constante de proporcionalidade FTi é chamada dr fator de transferência
solo-planta. e é determinado pela seguinte razão:
FTi = atividade do radionuclídeo i por massa (peso seco)
atividade do radionuclídeo i no solo
Fatores de transferência (FTs) dos solos para as plantas têm sido muitas vezes
usados para estimar, por exemplo, a transferência de radionuclídeos para a cadeia
alimentar, mas a larga variação dos FTs reportados na literatura mostra que a
concentração de um radionuclídeo no solo não é o único fator influenciando a sua
incorporação pela planta (EHLKEN & KIRCHNER, 2002).
21
2 OBJETIVOS
Este trabalho é parte integrante dos estudos que vem sendo desenvolvidos no
Laboratório de Radioquímica e Química Nuclear da UFF em
parceria com o
Instituto de Engenharia Nuclear visando contribuir para o entendimento do
ecossistema de manguezal através da medida de parâmetros físico-químicos em
sedimentos, águas, rochas e vegetação da Baía de Sepetiba .
Teve como objetivo geral a aplicação de radionuclídeos para investigar a
incorporação de Zn e Co pela espécie arbórea típica de manguezal Rhizophora
mangle, a partir de experimentos em laboratório com o uso simultâneo dos
radiotraçadores Zn-65 e Co-58.
Os objetivos específicos foram:
(i)
Determinar o fator de transferência sedimento-planta para Zn e Co na
espécie estudada.
(ii)
Determinar o percentual de partição da atividade total dos
radiotraçadores nas raízes, caule e folhas da espécie estudada.
(iii) Comparar a dinâmica de incorporação de Zn e de Co na espécie
estudada.
(iv) Contribuir para a avaliação do uso da espécie Rhizophora. mangle
como um bioindicador da contaminação por metais em ambientes de
manguezal.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
As etapas desta pesquisa podem ser resumidas no esquema a seguir (Figura 4).
Coleta e plantio dos propágulos de R. mangle
Cultivo em ambiente artificial
Medidas de crescimento das plântulas
Aplicação e incubação dos radionuclídeos
Preparação das amostras para análise
Detecção e medida da atividade
Tratamento dos dados
Figura 4 – Etapas da pesquisa.
23
3.1 COLETA, PLANTIO E CULTIVO DE R. mangle
A coleta de sedimentos e dos propágulos de R. mangle utilizados no experimento de
cultivo foi feita na floresta de manguezal de Itacuruçá, na Baía de Sepetiba (Estado do Rio
de Janeiro), em 1 de abril de 2003.
Propágulos encontrados sobre os sedimentos, que ainda não apresentavam
desenvolvimento de raízes e folhas, foram coletados manualmente e transportados num
recipiente plástico contendo água da baía para evitar o ressecamento até o início do
experimento. Sedimentos superficiais (0–15 cm de profundidade) foram coletados e
transportados num outro recipiente plástico, sendo ambos levados para o Laboratório de
Radioquímica do Instituto de Química da Universidade Federal Fluminense.
No laboratório, foram feitas as medidas de peso úmido e comprimento dos
propágulos, entre os quais 15 foram selecionados para o experimento com os
radioisótopos. Estes foram divididos aleatoriamente em 3 grupos de 5 plantas, sendo cada
grupo utilizado para cultivos de diferentes tempos de duração. As amostragens destes
grupos foram realizadas após 1 mês (Grupo 1), 3 meses (Grupo 2) e 6 meses (Grupo 3) da
aplicação dos radioisótopos.
Dois dias após a coleta, os propágulos foram levados para uma área controlada no
Instituto de Engenharia Nuclear (IEN/CNEN), onde as plantas foram cultivadas (Figura 5).
Figura 5 – Casa de vegetação onde foram cultivadas as plantas.
24
Cada propágulo foi plantado separadamente em vasos plásticos contendo
sedimentos coletados no manguezal. Os vasos continham também um saco plástico
revestindo o seu interior para evitar o contato dos sedimentos com as paredes e a
contaminação destes recipientes pelos radioisótopos que foram posteriormente
adicionados. O uso dos sacos plásticos pôde também facilitar a manipulação segura do
material radioativo no final dos cultivos.
Os sedimentos receberam um aporte de água doce conforme a necessidade para
compensar a perda por evaporação (cerca de duas vezes por semana). A Figura 6 mostra os
propágulos uma semana após o plantio.
Figura 6 – Propágulos de R. mangle uma semana após o plantio.
3.2 MEDIDAS DE CRESCIMENTO DAS PLÂNTULAS
O desenvolvimento das plântulas foi monitorado através do seu crescimento em
altura e em produção de biomassa seca. O crescimento em altura foi obtido pelo
incremento do comprimento do caule (medido até a gema apical, como mostrado na Figura
7) e o crescimento em biomassa pelo peso seco de raízes, caules e folhas, determinados
após secagem das amostras em estufa, à 85 ºC por 20 h.
25
Após um mês e meio as plântulas já apresentavam em média 2 folhas e 5,3 cm de
altura (Figura 7).
Incremento
em altura
Figura 7 – Plântulas de R. mangle um mês e meio após o plantio.
3.3 APLICAÇÃO E INCUBAÇÃO DOS RADIONUCLÍDEOS
As plântulas utilizadas para a incubação com material radioativo foram colocadas
em bandejas plásticas individuais, protegidas por telas plásticas sobre os vasos, para
recolher as folhas que caíssem e evitar o seu contato com o sedimento (Figura 8). As folhas
que se destacaram das plântulas ao longo do período de incubação (retidas nas telas) foram
coletadas para as análises químicas.
Após seis meses de cultivo foi feita a adição dos radiotraçadores Co-58 e Zn-65
nos sedimentos, que foram fornecidos pelo IEN. Nesta ocasião as plântulas já
apresentavam de 4 a 8 folhas e um crescimento médio de 22,3 cm.
Foi adicionado no substrato de cada plântula 200 µL de uma solução radioativa sob
forma de cloretos, contendo 56260 ± 506 Bq (1,9 x 10-11 g) de Zn-65 (meia-vida = 244,4
dias) e 18560 ± 167 Bq ( 1,6 x 10-11 g) de Co-58 (meia-vida = 70,8 dias) a 2 cm de
profundidade da superfície do sedimento.
26
Figura 8 – Plântulas de R. mangle após a aplicação dos radioisótopos.
3.4 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS PARA ANÁLISE
Após 30 dias da aplicação dos radioisótopos, foram retiradas as 5 plântulas do
Grupo 1 para análise. Ainda no local, as folhas foram separadas e colocadas em sacos
plásticos do tipo “zip”, devidamente selados e identificados.
As raízes foram lavadas com água destilada para a retirada do sedimento e, então,
raízes e caules foram acondicionadas em sacos plásticos para o transporte para a UFF. No
laboratório de Radioquímica, foi realizada a separação de raízes e caules com estiletes.
O mesmo procedimento foi feito após 90 dias (Grupo 2) e 180 dias (Grupo 3) da
aplicação dos radiotraçadores para determinar a incorporação de Zn e Co nas plântulas. A
Figura 9 ilustra a separação das plântulas em raízes, caules e folhas.
27
Figura 9 – Plântulas de R. mangle compartimentadas
em raízes, caule e folhas.
As amostras foram secas em estufa à temperatura de 85 ºC por 20 horas, depois
pesadas e calcinadas em mufla, à 450 ºC por 24 horas. Em seguida foi feita uma digestão à
quente com uma mistura de ácido nítrico concentrado e peróxido de hidrogênio, segundo o
método de Krisnamurty et al (1976). As amostras foram retomadas com 3 mL de ácido
nítrico 0,5 mol/L e conduzidas para análise por espectroscopia gama, para a determinação
da atividade dos radionuclídeos.
3.5 DETECÇÃO E MEDIDA DA ATIVIDADE
Para detectar e medir a radiação gama dos radiotraçadores, foi utilizado o detector
de germânio hiper puro (HPGe - ORTEC). O esquema do funcionamento deste detector
pode ser visto na Figura 10.
Este detector é refrigerado à temperatura do nitrogênio líquido (-196 ºC) e operado
com alta tensão (1700 V). Quando o raio gama incide no cristal, ocorre a produção de um
pulso da ordem de mV (sinal analógico), o qual é proporcional à energia por ele perdida ao
atravessar o cristal. O sinal assim que é formado é pré-amplificado e em seguida passa
para um sistema integrado composto por um amplificador e por um analisador multicanais
de 4096 canais (92X Spectrum Master – ORTEC).
28
2
HPGe
liq.
Pré -Amp
Amplificador
Placa
Multicanal
ORTEC
Spectrum
Master
92X
Computador
Memória
(Amostra)
Fonte de
Alta tensão
Drive
Figura 10 – Esquema do detector de germânio hiper puro (HPGe).
O programa Maestro – ORTEC foi usado para a aquisição dos espectros. Após um
período de tempo pré-estabelecido de acumulação, o espectro do raio gama é obtido. As
amostras de raízes e caules foram contadas por 4000 segundos e as amostras de folhas por
60.000 segundos, a fim de obter uma boa estatística de contagem. A Figura 11 mostra o
espectro de uma raiz (Co-58 em 811 keV e Zn-65 em 1115 keV).
Figura 11 – Exemplo de espectro de raios gama obtido para uma amostra de raiz.
29
Os espectros foram analisados pelo programa APTEC MCA Application
Multichannel Analyser versão 6.31. Este programa calcula as atividades, as incertezas
associadas de cada medida e permite fazer a correção devido ao decaimento radioativo.
3.6 TRATAMENTO DOS DADOS
O tratamento estatístico dos dados foi baseado em Sokal & Rohlf (1981).
Para a comparação dos resultados obtidos foi realizada uma análise de variância
(ANOVA). Quando esta análise apresentou resultados significativos, foi realizado um teste
de Tukey HSD, para comparações múltiplas entre as médias dos diferentes grupos do
experimento. Antes destes testes, foi realizado um teste de Fmax para a avaliação da
homogeneidade das variâncias dos dados comparados. Quando elas não foram homogêneas
(o que ocorreu somente para os dados de folhas), os resultados foram transformados em
logaritmos, para a homogeneização das variâncias, antes da aplicação da ANOVA.
Testes de correlação de Pearson foram usados para avaliar as relações entre as
variáveis, incluindo-se o total de amostras consideradas no experimento. Os dados de
folhas de uma das réplicas do Grupo 3 foram excluídos das análises de correlação dos
dados de Zn-65 e Co-58, por terem sido identificados como outliers. As atividades dos dois
metais nas folhas desta amostra foram uma a duas ordens de grandeza acima de todos os
demais dados e o exame de box & whiskers caracterizou estes dados como outliers.
A medida de dispersão utilizada foi o erro padrão (desvio padrão das médias).
As análises estatísticas foram realizadas através dos programas Statistica versão 5.5
(para as comparações entre médias e correlações), SPSS versão 10.0 (para identificar os
outliers por box & whiskers) e Excel (para as análises descritivas).
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 DESENVOLVIMENTO DAS PLANTAS
Os valores médios assim como os valores mínimos e máximos de peso e
comprimento dos propágulos, no início do experimento, para os diferentes tempos de
cultivo estão apresentados na Tabela 1. Pode-se observar que não houve diferenças
estatisticamente significativas entre as médias dos diferentes grupos.
TABELA 1 – Peso úmido e comprimento dos propágulos utilizados no experimento
Valores mínimos e máximos e as médias ± erros padrões dos grupos usados
para os diferentes tempos de cultivo
Total
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
(n = 14)
(n = 5)
(n = 4)
(n = 5)
Peso úmido (g)
19,9 – 33,0
27,7 ± 1,6
26,4 ± 2,3
27,9 ± 1,6
Comprimento (cm)
22,0 – 29,8
26,8 ± 0,8
26,2 ± 1,4
26,0 ± 1,0
Na Tabela 2 se encontram as médias da altura e peso seco das folhas, caules e
raízes no final de cada período (com aproximadamente 7, 9 e 12 meses depois do plantio,
que correspondem a 1, 3 e 6 meses depois da aplicação dos radioisótopos). Inclui-se nessa
mesma tabela, a fim de comparação, os pesos secos expressos em pontos percentuais.
Pode-se observar que houve um aumento nas médias de altura e biomassa das
plântulas ao longo do tempo, mas não foram encontradas diferenças significativas entre os
Grupos 1, 2 e 3 para estes parâmetros, exceto para a produção de massa foliar seca. Foi
encontrada uma produção desta massa pelo Grupo 3 significativamente maior do que pelo
31
Grupo 1. Mas, de um modo geral, os resultados apresentados na Tabela 2 indicam baixa
variabilidade no desenvolvimento das plantas.
A partição da biomassa mostrou uma variação mais consistente entre os grupos, em
relação ao percentual da massa total nas folhas e nos caules, mas não ocorreu uma variação
significativa em relação à massa de raízes.
TABELA 2 – Crescimento em altura e peso seco das plântulas e partição (percentual) do
peso seco total entre folhas, caule e raízes (médias ± erros padrões) . Os
resultados significativos (p<0,05) estão em negrito. Médias
significativamente diferentes estão seguidas por letras diferentes.
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
(n = 5)
(n = 4)
(n = 5)
23,8 ± 1,5
25,4 ± 1,6
26,6 ± 1,3
Folhas
1,50 ± 0,14 a
1,86 ± 0,19 ab
2,38 ± 0,22 b
Caule
8,43 ± 0,43
7,90 ± 1,56
9,22 ± 0,67
Raizes
1,42 ± 0,22
1,16 ± 0,12
2,32 ± 0,49
Total
11,3 ± 0,7
10,9 ± 1,1
13,9 ± 1,3
Folhas
13,2 ± 0,7 a
17,1 ± 0,3 b
17,2 ± 1,0 b
Caule
74,5 ± 1.1 a
73,2 ± 0,7 ab
66,8 ± 1,9 b
Raízes
12,3 ± 1,3
10,6 ± 0,5
16,1 ± 2,0
Incremento em
Altura (cm)
Peso seco (g)
% do peso seco total
A Tabela 3 apresenta os resultados das análises de correlação entre os parâmetros
estruturais dos propágulos e das respectivas plântulas. Foi encontrada uma correlação
significativa entre a maioria dos resultados, indicando a tendência esperada de que plantas
com
maiores
propágulos
(com
maiores
reservas
nutritivas)
terão
um
maior
desenvolvimento, o que possivelmente influenciará a sua incorporação de contaminantes.
32
TABELA 3 – Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das correlações (p)
encontradas entre os dados de estrutura dos propágulos (peso e altura) e
respectivas plântulas (n = 14). Os resultados significativos (p<0,05) estão
em negrito.
Peso do Comprimento
propágulo do propágulo
Comprimento
r = 0,860
do propágulo
p < 0,001
Altura
final
Massa de Massa do
raízes
caule
Massa
foliar
r = 0,618
r = 0,502
p = 0,018
p = 0,068
Massa de
r = 0,583
r = 0,397
r = 0,374
raízes
p = 0,029
p = 0,159
p = 0,187
Massa do
r = 0,913
r = 0,840
r = 0,643
r = 0,736
caule
p < 0,001
p < 0,001
p = 0,013
p = 0,003
r = 0,580
r = 0,443
r = 0,543
r = 0,656 r = 0,703
p = 0,030
p = 0,113
p = 0,045
p= 0,011 p = 0,005
r = 0,827
r = 0,695
r = 0,598
r = 0,883 r = 0,952 r = 0,822
p < 0,001
p = 0,006
p = 0,024
p < 0,001 p < 0,001 p < 0,001
Altura final
Massa foliar
Massa total
Como pode ser esperado, esta tendência de maior desenvolvimento das plântulas de
R. mangle com maiores propágulos já foi demonstrada anteriormente, por Lin & Sternberg
(1995), indicando que isto tem importância para a habilidade das plantas se estabelecerem
e desenvolverem.
Entre todos os parâmetros estruturais estudados, não ocorreram correlações
significativas apenas entre a altura final e a massa de raízes e entre o comprimento inicial
do propágulo e altura final, massa de raízes e massa foliar.
Porém, deve-se ter cuidado para considerar as correlações entre o peso úmido do
propágulo e a massa do caule e a massa total das plântulas pois deve ter ocorrido uma forte
contribuição do peso seco do propágulo (que não foi descontado em relação ao incremento
33
de peso do caule) sobre os resultados de peso seco do caule, que contribuiu com a maior
parte do total de peso seco das plântulas.
4.2 INCORPORAÇÃO DE ZN-65 E CO-58 PELAS PLÂNTULAS
Os fatores de transferência obtidos no presente trabalho estão apresentados na
Tabela 4 e em gráfico na Figura 12. O fator de transferência (FT) corresponde à razão entre
a atividade incorporada pelas plântulas ao longo do experimento e as atividades totais de
Zn-65 e Co-58 aplicadas nos sedimentos. Um dos dados do Grupo 2 foi excluído por ter
ocorrido uma perda do material durante o tratamento químico.
TABELA 4 – Fatores de transferência das atividades de Zn-65 e Co-58 aplicadas nos
sedimentos (médias ± erros padrões). Médias significativamente diferentes
estão seguidas por letras diferentes
.
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
(n = 5)
(n = 4)
(n = 5)
Zn-65
0,023 ± 0,012 a
0,062 ± 0,018 ab
0,110 ± 0,021 b
Co-58
0,020 ± 0,012 a
0,030 ± 0,008 ab
0,064 ± 0,012 b
0,14
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
b
Fator de Transferência
0,12
0,10
ab
b
0,08
0,06
ab
0,04
a
a
0,02
0,00
Zn-65
Co-58
Figura 12 - Gráfico dos Fatores de Transferência
34
Os resultados mostram que a incorporação de zinco é sempre maior que a de
cobalto. Após 6 meses de exposição à aplicação dos radionuclídeos, uma incorporação em
média pelas plantas igual a 11% do total aplicado foi encontrada para Zn-65 e 6,4% para
Co-58.
A incorporação de Zn pelas plantas de R. mangle, mesmo para um mês de
experimento, foi de 2,3%, muito acima da encontrada para plantas de Kandelia candel
(espécie de manguezal) após um cultivo por um ano, com a aplicação de uma solução
simulando o aporte de esgoto, cujo fator de transferência para Zn foi de 1,2% (TAM &
WONG, 1997).
No caso do Co obteve-se a mesma ordem de incorporação do Zn o que mostra a
viabilidade do estudo da incorporação destes elementos pelas plantas R. mangle para no
mínimo de um mês de exposição.
Os resultados das atividades obtidas para os compartimentos analisados estão
apresentados nas Tabelas 5 e 6 e nos gráficos das Figuras 13 e 14. Obteve-se diferenças
estatisticamente significativas entre os grupos estudados para os dois metais, mostrando
claramente que há uma maior acumulação dos metais com o tempo da exposição.
Como já indicado pelos dados da Tabela 4, as atividades totais nas plantas (Bq)
foram significativamente diferenciadas entre os Grupos 1 e 3, para os dois metais. Esta
tendência de maior acumulação com o tempo de exposição aos metais foi encontrada em
relação às raízes e às folhas, para o Zn-65, e em relação ao caule, para o Co-58.
Apesar de ter ocorrido geralmente uma variação entre os dados do percentual da
atividade total nos compartimentos das plântulas (com resultados mais elevados para os
dados de raízes e menos elevados para os dados de caule), não foram encontradas
estatisticamente diferenças significativas entre estes dados. Isto foi também encontrado em
relação aos dados de atividades específicas (Bq/g), que não apresentaram diferenças
significativas.
Como se pode esperar para os dados de incorporação biológica de metais traço,
mesmo se estudando plantas com uma estrutura relativamente pouco variável, uma alta
variabilidade foi geralmente encontrada em relação aos resultados médios das atividades
dos metais em cada grupo.
Sendo assim, muitas vezes ocorreram grandes diferenças entre as médias dos
grupos que não foram estatisticamente diferentes (em relação aos dados de folhas, por
35
exemplo, que foram freqüentemente muito heterogêneos). Mas, mesmo assim, foi possível
observar a tendência de partição dos metais entre os compartimentos das plântulas, que não
seguiu a tendência de partição da biomassa observada na Tabela 2.
TABELA 5 – Dados da incorporação de Zn-65 pelas plântulas (médias ± erros padrões).
Os resultados significativos (p<0,05) estão em negrito. Médias
significativamente diferentes estão seguidas por letras diferentes.
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
(n = 5)
(n = 4)
(n = 5)
Folhas
12,7 ± 4,9 a
8,3 ± 4,7 a
106 ± 53 b
Caule
371 ± 206
551 ± 238
1047 ± 118
Raízes
917 ± 519 a
2918 ± 840 ab
5060 ± 1081 b
Total
1300 ± 663 a
3477 ± 996 ab
6213 ± 1177 b
Folhas
2,2 ± 0,8
0,3 ± 0,1
1,7 ± 0,7
Caule
38,8 ± 13,8
22,1 ± 9,1
18,8 ± 3,0
Raízes
59,0 ± 14,5
77,6 ± 9,2
79,5 ± 3,1
Folhas
9,1 ± 3,9
4,4 ± 2,5
42,6 ± 20,3
Caule
41,3 ± 22,8
73,3 ± 31,1
113,8 ± 10,8
Raízes
870 ± 518
2528 ± 814
2587 ± 737
Atividade em Bq
% da atividade total
Atividade em Bq/g
36
8000
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
Incorporação de Zn-65 (Bq)
7000
Zn-65
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Folhas
90
Caule
Raízes
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
80
Total
Zn-65
Atividade total (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
Folhas
3500
3000
Caule
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
Raízes
Zn-65
Atividade em Bq/g
2500
2000
1500
1000
500
0
Folhas
Caule
Raízes
Figura 13 – Gráficos da incorporação de Zn-65
37
TABELA 6 – Dados da incorporação de Co-58 pelas plântulas (médias ± erros padrões).
Os resultados significativos (p<0,05) estão em negrito. Médias
significativamente diferentes estão seguidas por letras diferentes.
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
(n = 5)
(n = 4)
(n = 5)
Folhas
13,0 ± 4,2
6,2 ± 2,1
45 ± 25
Caule
135 ± 61 a
113 ± 28 a
290 ± 13 b
Raizes
224 ± 159
442 ± 130
864 ± 217
Total
372 ± 216 a
561 ± 140 ab
1199 ± 218 b
Folhas
6,2 ± 2,7
1,3 ± 0,3
3,7 ± 1,7
Caule
47,3 ± 13,9
31,0 ± 11,9
29,4 ± 7,4
Raízes
46,5 ± 15,8
67,7 ± 12,1
66,9 ± 7,3
Folhas
8,3 ± 2,4
3,2 ± 1,1
18,0 ± 9,4
Caule
15,2 ± 6,7
14,7 ± 3,6
32,1 ± 2,7
Raízes
209 ± 154
363 ± 100
444 ± 136
Atividade em Bq
% da atividade total
Atividade em Bq/g
Mesmo com a biomassa de raízes formando menos que 20% da biomassa total, a
atividade (Bq) acumulada nas raízes foi geralmente próxima ou até bastante superior a
50% da atividade total das plântulas, para os dois metais, mostrando a retenção deles
preferencialmente nas raízes.
Apesar de ter ocorrido uma relativamente alta transferência dos metais das raízes
para os caules, que mostraram uma acumulação dos metais geralmente entre 20% e 50%
do total nas plântulas, parece ser sempre encontrada uma baixa transferência de Zn-65 e
Co-58 para as folhas. As folhas geralmente mostraram um percentual da acumulação total
menor do que 7%, em relação ao Co-58, e menor do que 3%, em relação ao Zn-65.
38
1500
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
Incorporação de Co-58 (Bq)
1200
Co-58
900
600
300
0
Folhas
80
Caule
Raízes
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
70
Total
Co-58
Atividade total (%)
60
50
40
30
20
10
0
Folhas
Caule
Raízes
600
500
Grupo1 (1 mês)
Grupo2 (3 meses)
Grupo3 (6 meses)
Co-58
Atividade em Bq/g
400
300
200
100
0
Folhas
Caule
Raízes
Figura 14 – Gráficos da incorporação de Co-58
39
Os resultados mostrando que Co-58 e Zn-65 se concentram principalmente nas
raízes concordam com os estudos anteriores da partição de metais-traço em plantas adultas
(RAGSDALE & THORHAUGH, 1980; SILVA ET AL. 1990; CHIU & CHOU 1991;
ZHENG ET AL. 1997) e plântulas (WALSH ET AL., 1979; CHIU ET AL., 1995; TAM &
WONG, 1997; MACFARLANE & BURCHETT, 2000) de espécies de manguezal, que
geralmente mostram pouca translocação de metais para as folhas.
Esta tendência geral foi mostrada em relação ao Zn (YIM & TAM, 1999;
MACFARLANE & BURCHETT, 2002) e para o Co (JAYASEKERA, 1991), em cultivos
de plântulas de manguezal. Mas, isto parece que não ocorre em relação ao Mn, que pode
mostrar uma grande biodisponibilidade nos sedimentos (GUEIROS ET AL., 2003) e uma
grande translocação dentro da planta (JAYASEKERA, 1991; TAM & WONG 1997).
Jayasekera (1991), mostrou que R. mangle, com aproximadamente um ano de
cultivo, teve 57,4% do Co total incorporado nas raízes, 32,5% nos caules e 10,4% nas
folhas. Estes dados foram relativamente próximos aos mostrados na Tabela 6. Mas,
Jayasekera (1991) encontrou 91,5% do total de
Zn nas raízes, que está acima dos
resultados encontrados na Tabela 5.
Após a incorporação pelas raízes, o transporte de metais-traço dentro das plantas
pode resultar na prevenção da toxicidade (se for moderado), assim como na obtenção de
níveis de metais necessários para os requerimentos metabólicos específicos das partes
diferentes das plantas. No caso de espécies de Avicennia, as concentrações de metais traço
que excedem as necessidades da plântula podem ser excretadas das folhas, junto com sais
que já são normalmente excretados (JAYASEKERA, 1991; MACFARLANE &
BURCHETT, 2000).
Como um exemplo de um outro contaminante importante, o Pb (elemento nãoessencial) tem sido caracterizado como um metal que é geralmente retido nas raízes e
pouco translocado para as folhas (WALSH ET AL., 1979; TAM & WONG, 1997;
MACFARLANE & BURCHETT, 2002). Apesar de também ter uma retenção pelas raízes,
o Zn (elemento essencial) apresenta geralmente uma maior translocação para as folhas do
que o Pb (MACFARLANE & BURCHETT, 2002).
Em plântulas de R. mangle, parece haver uma semelhança entre a acumulação de
Zn e Co pelos diferentes compartimentos das plantas, de acordo com os dados encontrados
neste experimento. Esta semelhança foi maior do que mostrado pelos dados de Jayasekera
(1991), para a mesma espécie, que indicaram uma retenção de Zn preferencialmente nas
40
raízes (91,5% do total na plântula) relativamente maior do que a retenção de Co nas raízes
(57,4% do total na plântula).
4.3 CORRELAÇÕES ENTRE A INCORPORAÇÃO DE CO-58 E ZN-65
Para avaliar a associação entre os níveis de acumulação dos metais nos
compartimentos das plântulas, foram feitas análises de correlação entre as atividades (em
Bq e em Bq/g) destes compartimentos e as atividades totais (Tabela 7).
É importante destacar que, em relação aos dados em Bq, as atividades totais de
Zn-65 e Co-58 nas plântulas foram significativamente correlacionadas, assim como as
atividades de Zn-65 e Co-58 em cada compartimento. Isto também foi mostrado para a
acumulação dos metais em Bq/g, exceto para as folhas. Porém, foi demonstrada uma
tendência geral de similaridade entre as acumulações dos dois metais.
Em relação a cada metal, todos os resultados em Bq nos compartimentos das
plântulas foram significativamente correlacionados com a atividade total. Estes resultados,
que incluem os dados dos três grupos, concordam com a possibilidade de que com o maior
tempo de exposição aos metais nos sedimentos (Grupo 3 > Grupo 2 > Grupo 1), ocorre
uma maior acumulação nas plântulas e uma maior transferência entre os compartimentos,
para os dois metais.
As correlações entre as atividades do mesmo elemento nos compartimentos
diferentes mostraram uma maior diferença entre os metais (Tabela 7). Em relação ao Zn65, só as correlações entre os resultados de raízes e caules foram significativas. Mas, isto
foi observado tanto para as atividades em Bq quanto em Bq/g. Em relação ao Co-58, foi
encontrado o mesmo resultado para as correlações entre as atividades de raízes e caules. Os
resultados dos demais compartimentos também mostraram correlações significativas, para
atividades de Co-58 em Bq. Quando os resultados foram em Bq/g, não ocorreu correlação
significativa entre as atividades de Co-58 de raízes e folhas e de caules e folhas.
Estes dados sugerem um claro contraste entre a interpretação do processo de
incorporação dos metais baseada na atividade absoluta (Bq) e a baseada na atividade em
função da biomassa seca (Bq/g).
41
TABELA 7 – Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das correlações (p)
entre os dados de Zn-65 e Co-58 nas folhas (ZnF e CoF), nos caules (ZnC e
CoC), nas raízes (ZnR e CoR) e no total das plântulas (ZnT e CoT). Os
resultados significativos (p<0,05) estão em negrito (n = 13 para os dados de
folhas e 14 para os dados das outras variáveis). NA = não-aplicável.
Atividade em Bq
Atividade em Bq/g
ZnT vs. CoT
r = 0,927 p < 0,001
NA
ZnT vs. ZnF
r = 0,567 p = 0,043
NA
ZnT vs. ZnC
r = 0,752 p = 0,003
NA
ZnT vs. ZnR
r = 0,992 p < 0,001
NA
CoT vs. CoF
r = 0,695 p = 0,008
NA
CoT vs. CoC
r = 0,732 p = 0,004
NA
CoT vs. CoR
r = 0,982 p < 0,001
NA
ZnF vs. CoF
r = 0,724 p = 0,005
r = 0,549 p = 0,052
ZnC vs. CoC
r = 0,854 p < 0,001
r = 0,822 p = 0,001
ZnR vs. CoR
r = 0,935 p < 0,001
r = 0,868 p < 0,001
ZnR vs. ZnF
r = 0,546 p = 0,054
r = 0,128 p = 0,677
ZnR vs. ZnC
r = 0,660 p = 0,014
r = 0,571 p = 0,042
ZnC vs. ZnF
r = 0,475 p = 0,101
r = 0,320 p = 0,287
CoR vs. CoF
r = 0,629 p = 0,021
r = 0,354 p = 0,235
CoR vs. CoC
r = 0,592 p = 0,033
r = 0,558 p = 0,047
CoC vs. CoF
r = 0,665 p = 0,013
r = 0,501 p = 0,081
Schroeder & Thorhaugh (1980) estudaram a incorporação de vários
radionuclídeos, incluindo Zn-65 e Co-60 na gramínea marinha Thalassia testudinum. Nesta
planta, eles encontraram altas correlações entre as atividades de Zn-65 e Co-60 (em dpm/g
de peso seco) nas raízes (r = 0,89), nos rizomas (r = 0.80) e nas folhas (r = 0,72). Isto
também sugere uma similaridade na incorporação dos dois metais por T. testudinum, mas o
42
elemento com o qual o Co-60 mostrou correlações mais fortes nos rizomas (r = 0,87) e nas
folhas (r = 0,80) foi o Mn-54. Este estudo apresentou também correlações entre as
atividades encontradas em rizomas e folhas de T. testudinum, para o Zn-65 e o Co-60 (r =
0,53 em relação aos dois metais), mostrando a translocação dos metais entre as partes da
planta de forma semelhante.
4.4 CORRELAÇÕES ENTRE A INCORPORAÇÃO DE METAIS E A ESTRUTURA E
DESENVOLVIMENTO DAS PLÂNTULAS
Os resultados da análise de correlações entre dados estruturais dos propágulos e
de crescimento total das respectivas plântulas com os dados da incorporação total dos
metais podem ser vistos na Tabela 8.
. TABELA 8 – Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das correlações (p)
entre os dados de estrutura dos propágulos e de crescimento total das
plântulas e a acumulação total de Zn-65 e Co-58 (Bq). Os resultados
significativos (p<0,05) estão em negrito (n = 14).
ZnT
CoT
Peso do
Comprimento
propágulo
do propágulo
r = 0,302
Altura final
Massa total
r = 0,186
r = 0,673
r = 0,495
p = 0,316
p = 0,542
p = 0,012
p = 0,086
r = 0,409
r = 0,265
r = 0,665
r = 0,536
p = 0,166
p = 0,381
p = 0,013
p = 0,059
São observadas correlações significativas do crescimento em altura com a
atividade total dos dois metais nas plântulas. Não foi encontrada correlação significativa
das atividades totais dos metais com os outros parâmetros
Geralmente, também não aconteceu uma correlação significativa entre os dados
de biomassa seca de cada compartimento e das atividades dos metais nestes
compartimentos (Tabela 9).
43
Nenhuma das correlações foi significativa para os resultados em Bq e somente a
correlação entre a massa foliar e a atividade do Co-58 nas folhas foi significativa, para aos
resultados em Bq/g.
TABELA 9 – Coeficientes de correlação (r) e nível de significância das correlações (p)
entre as massas de folhas, caules e raízes produzidas e as respectivas
acumulações de Zn-65 e Co-58. Os resultados significativos (p<0,05) estão
em negrito (n = 13 para os dados de folhas e 14 para os dados das outras
variáveis).
Atividade em Bq
Atividade em Bq/g *
Massa foliar
vs. ZnF
r = 0,359 p = 0,228
r = 0,642 p = 0,018
Massa foliar
vs. CoF
r = 0,164 p = 0,592
r = 0,509 p = 0,076
Massa do caule vs. ZnC
r = 0,331 p = 0,247
r = 0,142 p = 0,629
Massa do caule vs. CoC
r = 0,387 p = 0,172
r = 0,190 p = 0,514
Massa de raízes vs. ZnR
r = 0,367 p = 0,197
r = -0,223 p = 0,444
Massa de raízes vs. CoR
r = 0,350 p = 0,221
r = -0,201 p = 0,492
44
5 CONCLUSÕES
O método usado no cultivo em laboratório por 12 meses da espécie R. mangle,
mostrou-se viável no estudo da incorporação de zinco e cobalto nas raízes, caule e folhas
das plantas utilizando radiotraçadores.
Os fatores de transferência sedimento-planta tanto para Zn quanto para Co foi de
2% do total aplicado após o primeiro mês de incubação. Isto demonstra uma rápida
incorporação destes elementos, sugerindo que experimentos com amostragens em
intervalos de tempo da ordem de um mês podem ser suficientes para as plantas refletirem
um aporte dos metais.
Após um período de três meses, a incorporação pelas plantas foi de 6% para o zinco
e 3% para o cobalto. Para seis meses da aplicação dos radionuclídeos, houve uma
incorporação igual a 11% e 6% do total aplicado para Zn-65 e Co-58, respectivamente.
Observa-se, então, que a incorporação do Zn, para as plântulas destes grupos, é
aproximadamente o dobro que a do Co.
A incorporação do Zn e Co se dá preferencialmente nas raízes das plantas, seguido
pelo caule e por último pelas folhas. Sendo que apesar da quantidade (atividade) de zinco
incorporado ter dobrado nas plantas do Grupo 3 com relação aos do Grupo2, essas
atividades em termos da atividade total permaneceram as mesmas.
Estes resultados concordam com os estudos anteriores citados na literatura da
partição de metais traço em plantas adultas, cuja acumulação se concentra principalmente
nas raízes das espécies de manguezal e geralmente mostram pouca translocação destes para
as folhas.
A correlação entre as acumulações de Zn e Co pelas plantas pode indicar uma ação
de mecanismos semelhantes de incorporação para estes dois metais.
45
O presente trabalho com radiotraçadores mostrou que a utilização da atividade pode
ser um parâmetro mais significativo do que a atividade específica.
A planta R. mangle revelou-se ser um potencial indicador biológico da
contaminação ambiental por zinco e cobalto em áreas de manguezal, uma vez que a
tendência de maior acumulação dos metais com o aumento do tempo de exposição
proporcionou diferenças significativas para dados em Bq, mas não para a atividade
específica (Bq/g).
Para dar continuidade a este trabalho, sugere-se que sejam feitos estudos que
comparem a incorporação de metais por plântulas com diferentes níveis de exposição á
contaminação, tanto em relação á concentração dos contaminantes, quanto ao tempo de
exposição.
Sugere-se também, que seja feito o estudo da incorporação, translocação e liberação
de diferentes metais por plântulas desta e de outras espécies de manguezal usando
radiotraçadores.
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