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15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
CARACTERIZAÇÃO DO FÓSFORO NOS SEDIMENTOS SUPERFICIAIS
DO ESTUÁRIO DO FURO DA LAURA, AMAZÔNIA ORIENTAL, BRASIL.
Ana Carolina Santa Rosa de Sousa 1; Francianne Vieira Mourão 2; Rosinette Machado Santos 3; Karina Ferreira Castro Mesquita 4; Pedro Henrique Campos Sousa 5; Maria de Lourdes Souza
Santos 6
Resumo – A zona costeira estuarina está entre os ambientes com maior produtividade, sendo zona de deposição de material particulado e de dinâmica de elementos biogênicos. Nesse sentido, este estudo objetivou determinar a distribuição espacial e sazonal da matéria orgânica (MO) e das espécies químicas do fósforo inorgânico, nos sedimentos superficiais do estuário do Furo da Laura, a fim de avaliar a distribuição dessas espécies químicas neste ambiente através de zonas propícias à deposição e liberação de fósforo nos sedimentos do estuário. As amostras de sedimento foram coletadas em quatro pontos distintos do Furo da Laura nos meses setembro e novembro de 2011 e março e maio de 2012. No laboratório, as amostras foram processadas em triplicatas, onde o teor de (MO) foi obtido por titulação e as espécies de fósforo pelo método de Wiliams (1976). Os teores de MO presente no sedimento oscilaram nos dois períodos sazonais com mínimo de 4,55 % e máximo de 10,71 %. Para o período sazonal de menor precipitação os valores mínimos e máximos encontrados para as três espécies de fósforo variaram bastante nos pontos de amostragem. A partir dos resultados encontrados é possível afirmar que o estuário do Furo da Laura ainda não possui características de eutrofização, todavia com o lançamento de efluentes domésticos no seu ambiente esse estuário tende a apresentar potencial poluidor, na qual os resultados deste trabalho sugerem que os estoques de fósforo inorgânico presentes nos sedimentos superficiais da área estudada podem ser de origem antrópica.
Abstract – The estuarine coastal zone is among the places with higher productivity, and deposition zone of particulate matter and dynamics of biogenic elements. On this way, the present study objectived to determine the spatial and seasonal distribution of organic matter (OM) and the chemical species of inorganic phosphorus in surface sediments of the Furo da Laura estuary, in order to evaluate the distribution of these chemical phosphorus species in the environment through the favorable areas to deposition and release phosphorus in the estuary sediment. The sediment samples were collected in four different points of Furo da Laura in the months September and November 2011 and March and May 2012. In the laboratory, the samples were processed in triplicate, where the content of (MO) was obtained by titration and phosphorus species by Williams method (1976). The organic matter present in the sediment swung in two seasonal periods with minimum of 4.55% and maximum of 10.71%. For seasonal period of low rainfall is noticed that the minimum and maximum values for the three phosphorus forms varied considerably on the sample points. From the results found it can be said that Furo da Laura estuary does not have eutrophication characteristics, however with the launch of domestic sewage in your environment that estuary tends to present pollution potential, where the results of this study suggest that inorganic phosphorus in stocks in surface sediments of the study area can be of anthropogenic origin.
Palavras-Chave – Estuário, especiação de fósforo, matéria orgânica.
1 Eng. Amb., Mestranda, Universidade Federal Rural da Amazônia, (91) 98813-6518, anacarolina_srsousa@outlook.com
2Eng. Amb., Mestranda, Universidade Federal Rural da Amazônia, franci.anne@hotmail.com
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Graduanda Eng. Pesca, Universidade Federal Rural da Amazônia, rosi_nette@hotmail.com 4
Eng., MSc, Doutoranda, Universidade Federal do Pará, karinakastro@yahoo.com.br 5
Graduando Eng. Pesca, Universidade Federal Rural da Amazônia, pedropesca13@gmail.com 6
1. INTRODUÇÃO
De acordo com a definição clássica de estuário proposta por Pritchad (1967), estuário é um corpo de água costeiro semifechado que tem uma ligação livre com o mar aberto e na qual a água do mar é mensuravelmente diluída pela água doce decorrente da drenagem continental. O estuário do Furo da Laura é um ecossistema que constitui importante interface entre os ambientes continentais e marinhos, o qual recebe nutriente e sedimentos advindos da drenagem continental (RAMOS, 2007).
Os sedimentos, por sua vez, são compartimento de grande importância para o sistema aquático, haja vista que estes refletem os processos que ocorrem na coluna d’água (BARCELLOS et al., 2005). Além disso, os sedimentos possuem uma participação ativa nos ciclos biogeoquímicos dos nutrientes e de elementos traços, atuando na remobilização, retenção e na biodisponibilidade dos mesmos, nos processos de oxidação da matéria orgânica e nos processos de adsorção (BERBEL, 2008).
Os elementos presentes nos sedimentos também estão inclusos no ciclo biogeoquímico de alguns elementos, como é o caso do fósforo. O ciclo do fósforo no sedimento é diretamente influenciado pela concentração de oxigênio presente na água de contato. Desta maneira, se a coluna d’água for aeróbica, o fósforo é precipitado no sedimento, enquanto que se esta for anaeróbica, o fósforo é liberado novamente para a coluna d’água (LIBES, 1992).
O fósforo é imprescindível à formação da matéria orgânica, na medida em que integra estruturas importantes e faz parte do grupo de nutrientes essenciais à vida, e possui um ciclo biogeoquímico de destaque em ambientes costeiros e em diferentes graus de impactos antrópicos (BERBEL, 2008). Dessa forma, muitos são os estudos relacionados às formas de fósforo nos sedimentos aquáticos, porém a maioria contempla somente a determinação do fósforo total (PROTAZIO et al., 2004).
Para melhor entender os processos biogeoquímicos que controlam os níveis de fósforo biodisponíveis no ambiente procura-se conhecer as frações em que este elemento se encontra no leito sedimentar. Logo, a partição geoquímica da fração total nas formas orgânica e inorgânica, como também o detalhamento de tais frações, proporciona uma noção mais completa da dinâmica do elemento fósforo no sistema estuarino sedimentar (RUTTENBERG; BERNER, 1993; BERNER; RAO, 1994; KOCH et al., 2001).
Nesse sentido, este estudo objetivou determinar a distribuição espacial e sazonal das espécies químicas do fósforo, sendo o Fósforo Inorgânico Não-Apatítico (fósforo ligado aos óxidos/hidróxidos de ferro/alumínio), Fósforo Inorgânico Apatítico (fósforo ligado ao cálcio) e Fósforo Inorgânico, e da matéria orgânica, nos sedimentos superficiais do estuário do furo da Laura, no município de Vigia de Nazaré, a fim de avaliar a distribuição dessas espécies químicas no ambiente estudado.
2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
2.1. Localização do Furo da Laura
O município de Vigia está a 93 km da capital Belém, se localiza na mesorregião do nordeste do Estado do Pará e na microrregião do salgado. Para o Furo da Laura, inserido neste município, convergem inúmeros rios e igarapés, como o rio Bituba ou Patauateua, que serve de limite com o município de Santo Antônio do Tauá, bem como o rio Baiacu, ao sul e o rio Guarimã e seus afluentes, entre os quais o Santa Maria na margem esquerda e o Curuçazinho na margem direita (PARÁ, 2012).
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ou acidente hidrográfico que faz a conexão de lagos, um rio a um lago ou um rio a ele mesmo, sendo, nesse último caso, fora da planície aluvial (MARINI, 2003; PIMENTEL, OLIVEIRA; RODRIGUE, 2012). Assim se enquadra o Furo da Laura que faz a ligação entre a área de estudo e a Baía do Marajó.
2.2. Coleta dos sedimentos superficiais
As amostras de sedimento foram coletadas durante as marés de quadratura em quatro pontos localizados no Furo da Laura (Figura 1) nos meses setembro e novembro de 2011 (período de menor precipitação na região) e março e maio de 2012 (período de maior precipitação na região), em cada mês foram coletados quatro amostras, uma para cada ponto estudado, somando 16 amostras de sedimentos.
Figura 1 - Pontos de coletas de amostras de sedimentos superficiais, no Furo da Laura. Fonte: Modificado pela autora de Montelo (2014) e Araújo (2013).
Todos os pontos foram devidamente georreferenciados (Tabela 1) com sistema de posicionamento global (GPS da marca Magellan, modelo NAV 5000 PROTM). O Ponto 1 está localizado a jusante do município de Vigia, o Ponto 2 é o ponto intermediário e com menor fluxo de embarcações que os demais pontos, o Ponto 3 é a montante do município e está próximo ao porto, consequentemente com grande circulação de embarcações, e o ponto 4 onde possivelmente ocorrem trocas de materiais sedimentares entre o Furo da Laura e a Baía do Marajó, sendo este considerando o ponto de maior dinâmica hídrica entre esses dois corpos hídricos.
Tabela 1: Coordenadas geográficas dos pontos amostrados no estuário do Furo da Laura.
Pontos Latitude Longitude Localização
P1 00°54'30.1" S 048°09'53.3" W Porto do Salvo P2 00°52'51,4" S 048°09'28,3" W Vila de Guajará P3 00°50'58,5" S 048°08'44,7" W Em frente a Vigia P4 00°49'07,7" S 048°10'09,2" W Entrada do Estuário 3. METODOLOGIA LABORATORIAL 3.1. Matéria orgânica
Neste estudo, a porcentagem de Matéria Orgânica (MO) foi definida a partir dos valores de Carbono Orgânico total (CO). O carbono orgânico total foi determinado segundo o método proposto por Loring e Rantala (1992), por meio da relação entre matéria orgânica (MO) e carbono orgânico (CO) dissolvido e particulado, seguindo a seguinte equação:
Matéria Orgânica (%) = Carbono Orgânico (%) x 1,724 (EMBRAPA, 1997). (1) Para o cálculo do CO utilizou-se a seguinte fórmula:
% Carbono Orgânico = 10 x (1- T/S) x F (2) Onde:
S = Padronização do Branco (volume de solução ferrosa); T = Titulação da amostra (volume de solução ferrosa); F = Fator derivado como segue:
F = (1.0 N) X (12 / 4000) X 1,72 X (100/peso da amostra) = 1.03 quando o peso da amostra é exatamente 0.5 g. Onde 12 / 4000 = meq de peso de carbono e 1,72 = fator para a MO do carbono.
3.2. Especiação química do fósforo
No laboratório, as amostras de sedimentos coletadas foram processadas em triplicatas e os resultados, expressos em µg.g-1 de fósforo. Para o fósforo inorgânico total (PI), este foi determinado a partir do somatório das frações fósforo inorgânico não apatítico (PINA) e fósforo inorgânico apatítico (PA).
. A metodologia utilizada para a especiação química do fósforo inorgânico ocorreu pelo método de Willians, descrito em Protázio et. al. (2004)
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. Matéria orgânica
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Os teores de matéria orgânica variaram entre os períodos sazonais, apresentando maiores médias para o período de menor precipitação. Considerando o desvio padrão, os valores de matéria orgânica foram mais distribuídos nos meses março e maio, durante o período de maior precipitação da região, enquanto que durante a sazonalidade de menor precipitação os valores foram mais uniformes. Isto ocorreu devido ao fato dos extremos de mínimo e máximo terem ocorrido no período com maior precipitação.
Tabela 2: Concentração das espécies de fósforo e matéria orgânica encontrados no Furo da Laura. Período Sazonal MO 1 (%) PINA2 (µg.g-¹) PA3 (µg.g-¹) PI4 (µg.g-¹) Menor Precipitação Mínimo 7,32 33,38 9,48 42,86 Máximo 10,25 270,02 51,33 291,53 Média 8,77 146,60 31,14 177,74 ±Desvio Padrão 0,95 74,04 15,63 82,65 Maior Precipitação Mínimo 4,55 57,94 3,91 76,51 Máximo 10,71 250,12 31,63 256,97 Média 7,28 112,89 15,77 128,66 ±Desvio Padrão 2,06 59,34 9,02 54,75
Legenda: 1- Matéria Orgânica; 2-Fósforo Inorgânico Não Apatítico (ligado aos óxidos/hidróxidos de ferro/alumínio); 3- Fósforo Apatítico (ligado ao Cálcio); 4-Fósforo Inorgânico.
Em relação a variação temporal verificou-se o aumento da concentração dos teores de matéria orgânica de setembro a novembro de 2011, apresentado uma diminuição em março de 2012 e voltando a aumentar em maio de 2012. Esta variação de resultados pode ser explicada em decorrência da influência da baía do Marajó no estuário do Furo da Laura, onde a dinâmica entre estes dois corpos hídricos causa oscilação nas concentrações de matéria orgânica depositadas nos sedimentos, como pode ser verificado no ponto 1 o qual apresenta menor dinâmica se comparado aos demais pontos, pois a força de saída das águas no Furo da Laura influenciadas pela baía do Marajó no ponto 1 é menor, favorecendo o acúmulo de matéria orgânica nesta área. Outra justificativa é crescente urbanização na margem direita do Furo da Laura a qual tem gerado cada vez mais efluente.
Um fator importante a ser considerado na geração de efluente doméstico são as atividades festivas no município como o Círio de Vigia e o carnaval nos meses Setembro e Março, respectivamente, na qual é possível verificar o aumento da concentração populacional durante estes períodos e consequentemente do aporte de efluentes, o que acarreta no aumento da deposição de matéria orgânica nos sedimentos, tendo seu máximo acumulado nos meses de novembro e maio como pode ser observado para ponto 3 localizado em frente a cidade de vigia que durante estes meses apresentou considerável aumento nos teores de matéria orgânica (Figura 2).
Figura 2 - Variação temporal da Matéria Orgânica de Setembro a Novembro de 2011 e de Março a Maio de 2012.
Outra possível causa das concentrações de matéria orgânica nos meses de setembro e novembro é devido o índice pluviométrico ter sido menor nesse período, fazendo com que ocorresse maior acúmulo de matéria orgânica no sedimento carreado pela drenagem continental.
Os valores da matéria orgânica encontrados foram superiores aos obtidos por Eschrique (2007) para o estuário do rio Jaguaribe no estado do Ceará, oscilando de 0,0 a 1,0% em setembro e fevereiro, respectivamente. Resultados encontrados por Subtil (2005) variaram de 1,39% e 17,69% para o estuário do rio Benevente no estado do Espírito Santo, já Reitermajer (2011) encontrou valores para o estuário do rio Sauípe, litoral norte da Bahia, com mínima de 5,00% e máxima de 18,81%, ambos os estudos apresentando valores bastante diferenciados ao registrado neste trabalho.
4.2. Especiação de fósforo
Para o período sazonal de menor precipitação percebe-se que os valores mínimos e máximos encontrados para as três formas de fósforo variaram nos pontos de amostragem, com 33,38 µg.g-¹ e 270,02 µg.g-¹ para o fósforo ligado aos óxidos/hidróxidos de ferro/alumínio (PINA), 9,48 µg.g-¹ e 51,33 µg.g-¹ para o fósforo ligado ao cálcio (PA), e 42,86 µg.g-¹ e 291,53 µg.g-¹ para o fósforo inorgânico (PI), respectivamente.
Para o período de maior precipitação os valores mínimos e máximos encontrados para as três formas de fósforo também sofreram variação nos ponto de amostragem, sendo que as menores concentrações foram verificadas na especiação PA do fosfato para ambos períodos sazonais (Tabela 2).
Quanto à variação sazonal dos resultados obtidos para as espécies de fósforo não mostraram haver grandes diferenças entre as concentrações encontradas, contudo, foi verificado que no período de menor precipitação ocorreram as maiores médias para as três espécies de fósforo trabalhadas.
4.2.1. Fósforo inorgânico não-apatítico (PINA)
Para o fósforo ligado aos óxidos/hidróxidos de ferro/alumínio (fósforo inorgânico não
0 2 4 6 8 10 12
Setembro Novembro Março Maio Menor Precipitação Maior Precipitação
Co n ce n tr aç ão d e M O ( % ) P1 P2 P3 P4
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de 33,38 e 96,11 µg.g¯¹ respectivamente, mas que não apresentam grande relação com o que foi encontrado por Protázio et. al. (2004) em seu estudo, e segundo este mesmo autor e Gachter (1998), a fração do fósforo associado ao ferro e alumínio (PINA), representa em grande parte os íons de ortofosfatos de origem antrópica adsorvidos sobre os hidróxidos de ferro e alumínio, com os quais formam complexos.
Valores de PINA também foram encontrados por Nunes (2013), com concentração de 1,8 a 512,22 (em µg.g-¹) também para o Rio Bacanga, em São Luís. Os valores encontrados por este autor também tiveram distribuição espacial e de concentração com grandes variações nos sedimentos superficiais do estuário, tal qual se pode observar neste estudo. Jesus (2013) também obteve resultados para PINA com média de 223,38 µg.g-¹ para os sedimentos do estuário do Rio Tibiri, no Maranhão.
Portanto, com exceção do P 01 durante o período de menor precipitação, os demais pontos em todos os períodos sazonais são áreas que sofrem bastante oxidação da camada superficial do sedimento, sendo grandes depósitos de fosfato no estuário do Furo da Laura.
4.2.2. Fósforo inorgânico apatítico (PA)
Quanto ao fósforo ligado ao cálcio (fósforo inorgânico apatítico- PA), este representa os íons de ortofosfatos incluídos na estrutura cristalina da apatita não sendo, portanto, biodisponível (PROTAZIO, et al. 2004; SPAN, 1990). A especiação PA resultou em baixas concentrações de fosfato se comparada com as outras formas de fósforo investigadas neste estudo, possivelmente devido a não disponibilidade desta forma para o ambiente, e consequentemente para a coluna de água.
Nunes (2013) encontrou valores expressivos da fração inorgânica apatítica no Rio Bacanga, com variação de 1,21 a 286,14 µg.g-¹, identificando uma quantidade razoável de fósforo nos sedimentos desse rio. Jesus (2013) encontrou em sua pesquisa valores do PI semelhantes aos encontrados neste estudo, variando de 98,35 a 82,53 µg.g-¹ para os sedimentos do estuário do Rio Tibiri, no Maranhão.
4.2.3. Fósforo inorgânico total (PI)
Para o fósforo inorgânico (soma do PINA e do PA) os valores da concentrações para os pontos investigados foram altos, exceto para o ponto 1 do mês de setembro do período de menor precipitação, haja vista que o PINA e o PA também tiveram baixas concentrações neste ponto e durante este período sazonal. Observa-se então, que a montante do Furo da Laura se tem um estoque de fósforo inorgânico em menores concentrações se comparado com os pontos no decorrer do Furo até a jusante, onde a concentração do fósforo inorgânico adsorvido ao sedimento foi predominantemente alta.
Outros estudos desenvolvidos em ambientes costeiros do Brasil (BORGES et al., 2009; MARINS et al., 2007; BARCELLOS et al. 2005; CARREIRA; WAGENER, 1998) e do mundo (VINK et al.,1997; FRANKOWSKI et al., 2002) evidenciam que a fração inorgânica do fósforo nos sedimento tende a ser predominante em sistemas estuarinos.
Jesus (2013) encontrou em sua pesquisa valores do PI semelhantes aos encontrados neste estudo, variando de 269,41 a 324,75 µg.g-¹ para os sedimentos do estuário do Rio Tibiri, no Maranhão.
Na Figura 3 pode-se observar o percentual das espécies PINA, PA e PI em relação ao estoque de fósforo inorgânico. A fração PA em todos os pontos e períodos sazonais apresentou menor participação em relação às outras duas formas de fósforo. Isto ocorre devido a sua não biodisponibilidade no ambiente por estar relacionado à estrutura cristalina da apatita (PROTAZIO, et al. 2004; SPAN, 1990).
Figura 3 - Demonstrativo de participação das frações PINA, PI e PA em relação ao estoque de fósforo inorgânico no Furo da Laura.
Comparado aos ciclos de outros elementos o ciclo do fósforo apresenta menor complexidade porque esse elemento é principalmente encontrado em uma única forma inorgânica, o fosfato (ESTEVES, 2011).
A mobilização do fosfato adsorvido a colóides ou combinado a outros elementos, bem como a decomposição de matéria orgânica, torna o fosfato disponível para produtores primários de bactérias associadas ao sedimento. Além disso, a difusão desse fosfato para camadas superiores da coluna d’água, ou sua retenção pelo sedimento também pode ocorrer, dependendo das concentrações de oxigênio, e de elementos como o ferro e o sulfato (ESTEVES, 2011).
Os estuários servem como filtros de materiais continentais em direção ao mar, atuando como zonas de deposição para alguns compostos químicos. No entanto, é importante salientar que estes podem não ser depósitos definitivos, em virtude de alterações geoquímicas do meio sedimentar ou aquático, ou como resposta a processos erosivos que resultam em remobilizações dos materiais depositados (MARINS et. al., 2007 e DYER, 1997).
O fósforo de origem antrópica encontra-se principalmente nas formas inorgânicas, devido ao uso indiscriminado de fertilizantes químicos nos solos ou pelas emissões de efluentes urbanos, que contêm polifosfatos dos produtos de limpeza e ortofosfato e fosfatos inorgânicos condensados dos esgotamentos sanitários não tratados (MARINS et. al., 2007 e OSORIO, 2001).
5. CONCLUSÕES
O fósforo inorgânico não apatítico (PINA) é a espécie química do fósforo que apresenta maiores possibilidades em se tornar biodisponível no ambiente, pois foi a forma de fósforo encontrada com maiores concentrações adsorvidas no sedimento e a que mais se correlaciona com as concentrações de matéria orgânica no sedimento superficial do estuário. Conclui-se ainda que a forma apatítica do fósforo (PA) se encontra oclusa no Furo da Laura, e não representa fração de fósforo passível de liberação de fosfato para a coluna d’água.
No Furo da Laura, o fósforo inorgânico está se depositando preferencialmente na região central e na saída do estuário para a Baía do Marajó, este fato demonstra a importância de novos estudos de mapeamento das espécies de fósforo na região, pois a partir destes é possível identificar as zonas mais propícias a deposição do fósforo inorgânico.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4
SETEMBRO NOVEMBRO MARÇO MAIO
Menor Precipitação Maior Precipitação
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resultados deste trabalho sugerem que os sedimentos deste corpo hídrico apresentam contribuição antrópica por estoques de fósforo inorgânico.
O estudo das espécies de fósforo no estuário não apenas proporcionou informações sobre a qualidade dos sedimentos do ambiente estuarino, como também evidenciou que a região tem grande potencial de deposição de fósforo no sedimento elucidando possíveis relações de causa e efeito do aporte de efluentes no ambiente aquático dentro do processo de eutrofização.
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