CENTRO DE ESTUDOS GERAIS INSTITUTO DE QUÍMICA
DOUTORADO EM GEOCIÊNCIAS – GEOQUÍMICA AMBIENTAL
ANDERSON DE CARVALHO BORGES
DISTRIBUIÇÃO DE FÓSFORO EM UM REFLORESTAMENTO DE Rhizophora mangle EM JARDIM GRAMACHO, BAÍA DE GUANABARA – RJ
Orientador:
Prof. Dr. SAMBASIVA RAO PATCHINEELAM
Coorientador:
Prof. Dr. WILSON THADEU VALLE MACHADO
NITERÓI 2010
Tese apresentada ao Curso de Pós- Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor. Área de Concentração Geoquímica Ambiental.
2 ANDERSON DE CARVALHO BORGES
Orientador:
Prof. Dr. SAMBASIVA RAO PATCHINEELAM
Coorientador:
Prof. Dr. WILSON THADEU VALLE MACHADO
NITERÓI 2010
Tese apresentada ao Curso de Pós- Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor. Área de Concentração Geoquímica Ambiental.
3
B 732 Borges, Anderson de Carvalho.
Distribuição de fósforo em um reflorestamento de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho. /Anderson de Carvalho Borges. –. Niterói : UFF. Programa de Geoquímica, 2010.
156 f.: il. ; 30 cm.
Tese (Doutorado em Geociências - Geoquímica ambiental). Universidade Federal Fluminense, 2010. Orientador: Prof. Dr. Sambasiva Rão Patchineelam. Co-orientador: Prof. Dr. Wilson Thadeu Valle Machado.
1.Fósforo. 2.Baía de Guanabara. 3. Manguezal 4. Rhizophora mangle. 5.Placas de ferro 6. Produção intelectual. I. Título.
CDD 551.4
4 ANDERSON DE CARVALHO BORGES
DISTRIBUIÇÃO DE FÓSFORO EM UM REFLORESTAMENTO DE Rhizophora mangle EM JARDIM GRAMACHO, BAÍA DE GUANABARA – RJ
Aprovada em março de 2010.
BANCA EXAMINADORA
__________________________________________________________________________ PROF. DR. SAMBASIVA RAO PATCHINEELAM
ORIENTADOR/UFF
__________________________________________________________________________ PROF. DR. WILSON TADEU VALLE MACHADO
COORIENTADOR/UFF
__________________________________________________________________________ PROFª. DRª. CARLA SEMIRAMIS SILVEIRA
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
__________________________________________________________________________ PROF. DR. MAURÍCIO MUSSI MOLISANI
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
__________________________________________________________________________ PROFª. DRª. ...
Tese apresentada ao Curso de Pós- Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor. Área de Concentração Geoquímica Ambiental.
5 AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais Maria da Graças e Nercil Borges, aos meus tios Elaine Luiz de Carvalho, Fábio Franco, Geiva Carvalho de Mello e a minha esposa Daniele Cristina o incentivo e apoio nos momentos difíceis ao longo desta jornada do doutorado.
Aos meus orientadores Dr. Sambasiva Rao Patchineelam e Dr. Wilson Thadeu Valle Machado a paciência e os ricos ensinamentos.
À Dr. Denise Araripe e Helenice Santos os ensinamentos sobre química analítica e partes relevantes deste estudo.
Ao Dr. Renato Campelo a utilização constante de seu laboratório.
Aos Dr. Kenny Tanizaki Fonseca e Dr. Carlos Augusto Ramos os ensinamentos sobre biomassa vegetal e os ricos questionamentos.
Ao Msc. Mário Moscatelli os incentivos e relevantes ensinamentos para o desenvolvimento deste estudo.
Ao Lúcio Alves Vianna e a empresa Nova Gramacho a permissão e apoio para o desenvolvimento deste estudo no Aterro Sanitário de Gramacho.
Aos funcionários da empresa Nova Gramacho Fábio, Anderson, Ricardo e Ezequiel o braço forte nas coletas.
À amiga Patrícia Alexandre de Souza a doação dos seus dados meteorológicos. Ao amigo Chrstian a compra da Sonda Presller no exterior.
Aos meus amigos Eline Simões, Renato Aragão, Ana Paula Rodrigues, Marcos Ferreira, Tiago Miranda, Leonardo Villar, Rafael Demuelenaere, Ivaga Poty, Súéllen Satiro, Viviane Ka Ma, Ester Ceschini, Bruno Mazzoco Destefani, Walter Pasolini e Ana Carolina Alves Francisco a grande ajuda nos trabalhos de campo e laboratoriais.
Às bibliotecárias Rosa Albamonte e Ana Paula Bazilí a ajuda para conseguir artigos de difícil acesso.
Ao GEORIO a cessão de dados meteorológicos Ao CAPES o apoio financeiro concedido.
6 O mangue é soberano e profundo, ele impõe ao homem a sua mística particular; há que aprender a perceber, mais que ouvir; pressentir, mais que tatear; usufruir, na medida justa os frutos; conviver sem agredir, respeitar o silêncio e a paz. Trabalhar no mangue é quase uma religião.
7 RESUMO
Os manguezais são ambientes produtivos e, apesar de sua importância ecológica e econômica, têm sido alvo de constantes degradações como desmatamento e aporte de esgoto. Este estudo investigou a biogeoquímica do fósforo (P) em um plantio de Rhizophora mangle numa área de Jardim Gramacho – RJ, onde foram delimitadas três parcelas distintas de 144m², em áreas de plantio realizadas nos anos de 2000 (área JG00), 2002 (área JG02) e 2004 (área JG04). Nestas áreas foram feitas coletas de sedimento; vegetação (raízes subterrâneas, raízes escoras, troncos, galhos e folhas), serrapilheira (folhas, estípulas – tecido que envolve as folhas embrionárias – galhos e partes reprodutivas) e análises de placas de ferro (que são óxidos e hidróxidos de ferro que se depositam na superfície das raízes subterrâneas); para avaliar o comportamento do fósforo em função da proximidade da Baía de Guanabara. Dentro das parcelas, foi caracterizada a estrutura da floresta como: altura, diâmetro na altura do peito (DAP) e a densidade do bosque. Nas três áreas aqui estudadas os bosques apresentaram alturas diferentes em função das suas diferentes idades, porém o DAP e a área basal AB(s) não apresentaram a mesma tendência, devido às
muitas ramificações de tronco que as plantas apresentaram. O sedimento da área JG04 esteve mais contaminado por fósforo nas camadas superficiais, se comparado com as áreas JG00 e JG02. Isso provavelmente ocorreu devido ao aporte de resíduos urbanos que atinge as tais camadas. As placas de ferro apresentaram elevados valores de ferro e fósforo em comparação a todos os compartimentos do ambiente aqui estudado. As placas de ferro extraídas de raízes subterrâneas finas apresentaram valores mais elevados se comparados com as placas extraídas de raízes subterrâneas grossas, o mesmo também ocorreu com os tecidos de raízes finas e grossas. Esses resultados provavelmente ocorreram devido à maior área de superfície de contato que as raízes finas apresentam em relação às raízes grossas. Em relação ao total acumulado nas raízes (tecido + placas), as placas apresentaram os maiores percentuais de ferro (75% a 99%) e fósforo (76% a 93%), indicando a importância das placas de ferro como uma barreira geoquímica. A parte lenhosa da vegetação (raízes aéreas, troncos e galhos) apresentou valores de fósforo próximos em relação aos compartimentos do ambiente, isto provavelmente ocorreu por ela exercer funções similares de sustentação. Nesta parte lenhosa da vegetação as três áreas aqui estudadas também apresentaram valores não significativamente diferentes, indicando uma similaridade entre as áreas. Entre os compartimentos da vegetação, as folhas apresentaram os valores de fósforo mais elevados provavelmente devido a sua intensa atividade metabólica. O fluxo de massa de serrapilheira, em um período de um ano, não acompanhou as tendências da pluviosidade ou do vento, mas acompanhou a variação da temperatura que está relacionada com a luminosidade do sol, que influência na taxa fotossintética e, conseqüentemente, na produção de serrapilheira. Isso indica que o fator limitante para a produção de serrapilheira é a temperatura (associada à luminosidade). As concentrações de fósforo na serrapilheira, entre as três áreas, apresentaram valores de fósforo não diferentes significativamente, o mesmo também ocorreu com o fluxo de massa e o fluxo de fósforo nas folhas e estípulas de serrapilheira. No entanto, o fluxo de massa e o fluxo de fósforo nos galhos e partes reprodutivas de serrapilheira apresentaram valores diferentes entre as áreas. Este estudo conclui que, embora as três áreas aqui estudadas apresentem diferentes características nas concentrações de fósforo em todos os compartimentos da serrapilheira, o fluxo de massa e o fluxo de fósforo nas folhas e estípulas de serrapilheira não apresentaram diferenças significativas. Essas similaridades entre os bosques ocorreram devido às compensações que provavelmente ocorreram entre os diferentes fatores que atuam nestes bosques como densidade da vegetação, porte físico dos indivíduos e dinâmica de inundação. As diferenças, entre as três áreas, ocorridas no fluxo de massa e no fluxo de fósforo nos galhos e partes reprodutivas de serrapilheira ocorreram provavelmente devido às diferentes densidades entre os bosques.
8 ABSTRACT
Mangroves are highly productive environments and besides its ecological and economic importance, it has been target of constantly damages such as deforestation and sewage discharges. This study investigated the biogeochemistry of phosphorus (P) in an area with Rhizophora mangle situated in Jardim Gramacho – RJ. It was bounded three different plots with 144m² where the species were planted in years 2000 (area JG00), 2002 (area JG02) and 2004 (area JG04). Sediment, vegetation (underground roots, prop roots, trunks, branches and leaves), litter fall (leaves, stipules, branches and reproductive parts) and iron plaques (which are iron oxides and hydroxides that deposit themselves on the underground roots’ surface) were sampled in the areas cited above to study the behavior of phosphorus evaluating Guanabara bay influence. The forest structure parameters such as height, diameter/ breast height (DBH) and wood’s density were studied. The last one showed different heights according to different ages. However the diameter as breast height (DBH) and the trunks’ area (TA) did not show the same trend in spite of many trunks’ ramification presented by the plants. The JG04 sediments showed higher phosphorus concentration in the surface’s layers than JG00 and JG02 sediments. This probably happens in spite of the urban residue discharge in this study area. It was found bigger iron and phosphorus concentration in iron plaques when compared to all the others environment’s compartment concentration values. The iron plaques sampled in thin underground roots presented higher values than the plaques taken of the thick underground roots. The same occurred to the tissues of the thin and thick roots. These results probably happened because of the higher contact surface that the thin roots has in relation of the thick roots. In relation o the total accumulated on the roots (tissue + plaque) the plaques presented the highest percentage of iron (75 to 99%) and phosphorus (76 to 93%) showing the importance of the iron plaques as a geochemical barrier. The woody of part vegetation (prop roots, trunks and branches) presented closer values of phosphorus compared to the environment’s compartment, this probably occurred because they carry out similar duties of support. In this woody part of the vegetation, the three areas studied here also presented not significantly different values showing a similarity between the areas. Between compartments of the vegetation, the leaves presented the highest values of phosphorus probably due its intense metabolic activity. The litter fall weight flow for one year did not follow the rainfall and wind tendencies, but followed the temperature variation which is related to the sun luminosity, which influences in the photosynthetic rate and consequently the litter fall production. This indicates that the limiting factor for the litter fall production is the temperature (related to the luminosity). The concentration of phosphorus in the litter fall among the three areas, presented values of phosphorus not significantly different, the same occurred to the mass flux and flow of phosphorus in the leaves and stipule of litter fall. But, for the mass flow and the phosphorus flow on the branches and reproductive parts of the litter fall presented different values among the areas. This study concludes that although the three areas studied here have different characteristics, the concentration of phosphorus in all the compartments of the litter fall, the mass flux and the flow of phosphorus, in the leaves and the litter fall stipules did not presented significant differences. These similarities between the woods occurred due compensations that probably happened between the different factors that work in these forests as the vegetation density, the physical size of the individuals and the flood dynamics. The difference among the three areas occurred in the mass flux and the flow of phosphorus in the branches and reproductive parts of litter fall occurred probably due different densities between the forests.
9 SUMÁRIO RESUMO... 7 ABSTRACT ... 8 1 INTRODUÇÃO... 15 1.1 ECOSSISTEMA DE MANGUEZAL... 15
1.2 REGIMES DE MARÉS E INFLUÊNCIA FLUVIAL... 19
1.3 FÓSFORO EM SEDIMENTOS E PLANTAS DE MANGUEZAL... 21
1.4 OS MANGUEZAIS AO REDOR DO MUNDO ... 22
1.5 OS MANGUEZAIS NO BRASIL... 23
1.6 INTERFERÊNCIA ANTRÓPICAS SOBRE OS MANGUEZAIS... 24
2 HIPÓTESE... 26
3 OBJETIVOS ... 27
3.1 OBJETIVO GERAL ... 27
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 27
4 ÁREA DE ESTUDO ... 29
4.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 29
5 MATERIAIS E MÉTODOS ... 34
5.1 METODOLOGIA DE CAMPO... 34
5.1.1 Coleta do sedimento ... 34
5.2 COLETA DE MATERIAL VEGETAL ... 35
5.2.1 Raízes subterrâneas ... 35
5.2.2 Galhos, troncos e raízes escoras ... 36
5.2.3 Folhas ... 37
5.2.4 Extração das placas de ferro das raízes subterrâneas ... 38
5.3 COLETAS DE SERRAPILHEIRA ... 38
5.4 DADOS METEOROLÓGICOS ... 39
5.5 MEDIDAS ALOMÉTRICAS DA VEGETAÇÃO... 40
5.6 METODOLOGIA DE LABORATÓRIO ... 40
5.6.1 Parâmetros físicos do sedimento ... 40
5.6.2 Parâmetros físico-químicos do sedimento ... 41
5.6.3 Fósforo e ferro em material vegetal ... 41
5.6.4 Fósforo, ferro e cálcio em sedimentos... 41
5.6.5 Ferro e fósforo em placas de ferro ... 42
5.7 CONTROLE DE QUALIDADE ... 42
5.8 TRATAMENTO ESTATÍSTICO ... 43
6 RESULTADO E DISCUSSÃO ... 44
6.1 MEDIDAS ALOMÉTRICAS DA VEGETAÇÃO... 44
6.2 CARACTERIZAÇÃO DO SEDIMENTO ... 47
6.2.1 Variação espacial dos parâmetros do sedimento ... 47
6.2.2 Variação vertical dos parâmetros no sedimento ... 49
6.3 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DO SEDIMENTO ... 53
6.3.1 Variação espacial da caracterização química do sedimento... 53
6.3.2 Variação vertical da caracterização química do sedimento ... 60
6.3.3 Fator de enriquecimento... 65
6.4 CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA DAS PLACAS DE FERRO ... 66
10
6.4.2 Fósforo em placas de ferro... 71
6.5 CONCENTRAÇÕES DE FERRO E FÓSFORO NOS TECIDOS DE RAÍZES SUBTERRÂNEAS NO MANGUEZAL EM JARDIM GRAMACHO - RJ... 72
6.5.1 Ferro em tecido de raízes subterrâneas ... 72
6.5.2 Fósforo em tecido de raízes subterrâneas... 76
6.6 CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO NAS RAÍZES ESCORAS, TRONCOS, GALHOS E FOLHAS DO MANGUEZAL EM JARDIM GRAMACHO – RJ... 77
6.7 CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO NAS “FOLHAS MADURAS” DO MANGUEZAL EM JARDIM GRAMACHO – RJ ... 80
6.8 CARACTERIZAÇÃO GERAL DAS CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO NOS COMPARTIMENTOS DO AMBIENTES DE MANGUEZAL EM JARDIM GRAMACHO – RJ 82 6.9 COEFICIENTE DE CONCENTRAÇÃO ... 83
6.10 DADOS METEOROLÓGICOS ... 86
6.11 FLUXO DE BIOMASSA DA SERRAPILHEIRA... 88
6.11.1 Fluxo total de serrapilheira ... 88
6.11.2 Fluxo de Folhas para serrapilheira ... 93
6.11.3 Percentagens do fluxo de folhas no total da serrapilheira... 95
6.11.4 Fluxo de estípulas para serrapilheira... 97
6.11.5 Percentagens do fluxo de estípulas no total da serrapilheira ... 99
6.11.6 Fluxo de galhos para serrapilheira ... 100
6.11.7 Percentagens do fluxo de galhos no total da serrapilheira... 101
6.11.8 Fluxo da partes reprodutivas para serrapilheira... 102
6.11.9 Percentagens do fluxo de partes reprodutivas no total da serrapilheira... 104
6.12 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA SERRAPILHEIRA ... 105
6.12.1 Concentração e fluxo de fósforo em folhas de serrapilheira ... 105
6.12.2 Concentração e fluxo de fósforo em estípulas de serrapilheira... 110
6.12.3 Concentração e fluxo de fósforo em galhos de serrapilheira ... 113
6.12.4 Concentração e fluxo de fósforo em partes reprodutivas de serrapilheira ... 116
6.12.5 Fluxo de fósforo no total de serrapilheira... 119
7 CONCLUSÃO... 120
8 REFERÊNCIAS ... 123
9 ANEXO ... 138
9.1 METODOLOGIA DE EXTRAÇÃO E ANÁLISES DE FÓSFORO DAS PLACAS DE FERRO 139 9.2 ARTIGO: BARREIRAS NATURAIS CONTRA METAIS TÓXICOS ... 142
9.3 ARTIGO: DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DE FERRO, COBRE E CHUMBO EM SEDIMENTOS DE MANGUEZAL EM UM GRADIENTE DE DEGRADAÇÃO NA BAÍA DE GUANABARA (ESTADO DO RIO DE JANEIRO)... 147
9.4 ARTIGO: EUTROPHICATION HISTORY OF GUANABARA BAY (SE BRAZIL) RECORDED BY PHOSPHORUS FLUX TO SEDIMENTS FROM A DEGRADED MANGROVE AREA ... 152
11 LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Estípulas de Rizophora mangle em Jardim Gramacho. Em (a) estípulas em um processo de desenvolvimento nas folhas, em (b) estípulas coletadas na serrapilheira. ... 17 Figura 2: Placas de ferro sobre as raízes de Vallisneria american. Figura Adaptada de St-Cyr; Campbell (1996)... 18 Figura 3: Localização da área de estudo. ... 29 Figura 4: Imagem aérea da área de estudo com plantios de Rhizophora mangle com diferentes idades. ... 31 Figura 5: Fotos dos plantios de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho na área JG00 (a), na área JG02 (b), na área JG 04 (c) e em (d) um exemplo das ramificações dos troncos nestas referidas áreas. ... 32 Figura 6: Esquema da área de estudo, indicando a inundação pela maré e espaçamento entre o Aterro sanitário e a Baía de Guanabara... 33 Figura 7: Modelo de parcela de acordo com o método utilizado por Chen; Twilley (1999) e Silva et al. (2005)... 34 Figura 8: Fotos das raízes subterrâneas grossas (a) e finas (b) extraídas de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho... 35 Figura 9: Coleta de material lenhoso com Sonda Presller na vegetação de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho - RJ. ... 36 Figura 10: Fotos da tesoura de poda “podão” utilizado para coletas de folhas e galhos. ... 38 Figura 11: Coletores de serrapilheira de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho... 39 Figura 12: Percentagens de areia, argila, silte, densidade, matéria orgânica, Eh e pH nos perfis sedimentares (n= 4) nas áreas JG00, JG02 e JG04 do manguezal em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro nos gráficos significam o desvio padrão... 51 Figura 13: Concentrações de ferro, cálcio, fósforo total (PT), fósforo inorgânico (PI), fósforo orgânico (PO) e percentuais de fósforo inorgânico (% PI) e fósforo orgânico (% PO) em um perfil sedimentar nas áreas JG00, JG02 e JG04 do manguezal em Jardim Gramacho – RJ. Todos foram extraídos com HCl 1M e as barras significam o desvio padrão (n = 4). ... 62 Figura 14: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) nos sedimentos (SED), nas placas de ferro extraídas de raízes com diâmetro <2mm (PFRF) e placas de ferro extraídas de raízes com diâmetro >2mm (PFRG), nos compartimento de tecido vegetais de raízes subterrâneas com diâmetro <2mm (RF) e com diâmetro >2mm (RG), raízes escoras (RE), troncos (T), galhos (G) e folhas madura (F), nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho - RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n = 4). ... 82 Figura 15: Dados meteorológicos de precipitação, temperatura e velocidade do vento das estações localizadas na Praia Vermelha em Niterói – RJ e na Ilha do Governador na Baía de Guanabara – RJ. ... 87 Figura 16: Fluxo total de massa seca de serrapilheira e temperatura ambiental em um período de agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04, em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n= 4). ... 88 Figura 17: Fluxo de massa seca em folhas de serrapilheira e temperatura ambiental em um período de um ano, agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n =4)... 94 Figura 18: Percentagens do fluxo de massa de serrapilheira em um período de agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ... 96
12 Figura 19: Fluxo de massa seca em estípulas de serrapilheira e temperatura ambiental em um período de um ano, agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04, em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n = 4). ... 98 Figura 20: Fluxo de massa seca em galhos de serrapilheira e temperatura ambiental em um período de um ano, agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho - RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n= 4)... 100 Figura 21: Fluxo de massa seca em partes reprodutivas de serrapilheira e temperatura ambiental em um período de um ano, agosto de 2008 a agosto de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04, em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão (n= 4). ... 103 Figura 22: Concentração (a) e fluxo (b) de fósforo em folhas de serrapilheira em um período de agosto de 2008 a janeiro de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão, (n= 4)... 106 Figura 23: Correlações entre o fluxo de fósforo e a concentração de fósforo em folhas de serrapilheira e entre o fluxo de fósforo e o fluxo da massa em folhas de serrapilheira no manguezal em Jardim Gramacho – RJ. Os gráficos (a) e (b) se referem à área JG00, (c) e (d) à área JG02 e (e) e (f) à área JG04. (α= significativo; β= não significativo). ... 109 Figura 24: Concentração (a) e fluxo (b) de fósforo em estípulas de serrapilheira em um período de agosto de 2008 a janeiro de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão, (n= 4). ... 110 Figura 25: Correlações entre o fluxo de fósforo e a concentração de fósforo em estípulas de serrapilheira e entre o fluxo de fósforo e o fluxo da massa em estípulas de serrapilheira no manguezal em Jardim Gramacho – RJ. Os gráficos (a) e (b) se referem à área JG00, (c) e (d) à área JG02 e (e) e (f) à área JG04. (α= significativo; β= não significativo). ... 112 Figura 26: Concentração (a) e fluxo (b) de fósforo em galhos de serrapilheira em um período de agosto de 2008 a janeiro de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão, (n= 4)... 114 Figura 27: Correlações entre o fluxo de fósforo e a concentração de fósforo em galhos de serrapilheira e entre o fluxo de fósforo e o fluxo da massa em galhos de serrapilheira no manguezal em Jardim Gramacho – RJ. Os gráficos (a) e (b) se referem à área JG00, (c) e (d) à área JG02 e (e) e (f) à área JG04. (α= significativo; β= não significativo). ... 115 Figura 28: Concentração (a) e fluxo (b) de fósforo em partes reprodutivas de serrapilheira em um período de agosto de 2008 a janeiro de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão, (n= 4)... 116 Figura 29: Correlações entre o fluxo de fósforo e a concentração de fósforo em partes reprodutivas de serrapilheira e entre o fluxo de fósforo e o fluxo da massa em partes reprodutivas de serrapilheira no manguezal em Jardim Gramacho – RJ. Os gráficos (a) e (b) se referem à área JG00, (c) e (d) à área JG02 e (e) e (f) à área JG04. (α= significativo; β= não significativo). ... 118 Figura 30: Fluxo de fósforo no total serrapilheira (folhas, estípulas, galhos e partes reprodutivas) em um período de agosto de 2008 a janeiro de 2009, nas áreas JG00, JG02 e JG04 em Jardim Gramacho – RJ. As barras de erro significam o desvio padrão, (n= 4).... 119
13 LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Identificação e localização dos pontos de coletas e ano de plantio da vegetação reflorestada... 31 Tabela 2: Período e intervalos de coletas de serrapilheira do manguezal em Jardim Gramacho – RJ... 39 Tabela 3: Análise do material certificado, Nacional Institute of Standards and Technology, Estuarine Sediment- 1646ª. ... 42 Tabela 4: Análise do material certificado, Standard Reference Material (SRM) - NIST 1547 - Peach Leaves. ... 43 Tabela 5: Medidas alométricas da vegetação de Rhizophora mangle (diâmetro na altura do peito - DAP(f) e área basal - AB(s)) com idades diferentes em parcelas de 144m² em um
plantio no manguezal em Jardim Gramacho – RJ... 45 Tabela 6: Percentual de ramificações em um plantio de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho... 47 Tabela 7: Valores de areia, silte, argila, matéria orgânica (MO), densidade (dens.), pH e Eh encontrados nos perfis de sedimento do manguezal em Jardim Gramacho (n = 24). ... 48 Tabela 8: Correlação entre os parâmetros do sedimento como densidade, areia, silte, argila, matéria orgânica, pH e Eh, fósforo total (PT), fósforo inorgânico (PI), fósforo orgânico (PO), ferro e cálcio (n= 6). Os coeficientes em negrito indicam correlações significativas (r critico = 0,81). ... 52 Tabela 9: Valores de ferro, cálcio, fósforo inorgânico (PI) e fósforo orgânico (PO) (mg g¯¹) e percentagem de fósforo inorgânico (%PI) e fósforo orgânico (%PO) encontrados no perfil do sedimento do manguezal em Jardim Gramacho (n = 24)... 54 Tabela 10: Concentrações de fósforo inorgânico (PI), fósforo orgânico (PO) e fósforo total (PT) (mg g¯¹) no sedimento do ecossistema de manguezal em Jardim Gramacho – RJ e comparação com outros estudos. ... 56 Tabela 11: Valores de enriquecimento do fósforo total (PT), fósforo inorgânico (PI) e fósforo orgânico (PO) no sedimento do manguezal em Jardim Gramacho, Baía de Guanabara – RJ.
... 65 Tabela 12: Valores de ferro (mg g¯¹) em placas de ferro extraídas das raízes subterrâneas finas com diâmetro <2 mm e raízes subterrâneas grossas com diâmetro de >2mm do manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n = 4)... 67 Tabela 13: Concentrações de ferro (mg g¯¹) em placas de ferro extraídas de raízes subterrânea de Rhizophora sp, de estudos realizados no Brasil... 68 Tabela 14: Valores de fósforo (mg g¯¹) nas placas de ferro extraídas das raízes subterrâneas finas com diâmetro < 2 mm e raízes subterrâneas grossas com diâmetro de > 2mm do manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n = 4)... 71 Tabela 15: Concentrações de ferro (mg g¯¹) em tecidos de raízes subterrâneas finas com diâmetro < 2 mm e raízes subterrâneas grossas com diâmetro de >2mm no manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n=4)... 73 Tabela 16: Concentrações de ferro (mg g¯¹) em tecido de raízes subterrâneas de Rhizophora sp. Extraído de estudos de vários autores em várias localidades. ... 74 Tabela 17: Percentuais de ferro entre o tecido de raízes e as placas de ferro de Rhizophora mangle... 75
14 Tabela 18: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) em tecidos de raízes subterrâneas finas com diâmetro < 2 mm e raízes subterrâneas grossas com diâmetro >2mm no manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n=4)... 76 Tabela 19: Percentuais de fósforo entre o tecido de raízes e as placas de ferro de Rhizophora mangle... 77 Tabela 20: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) em tecidos de raízes escoras, troncos e galhos do manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n = 4). ... 78 Tabela 21: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) nas raízes escoras, troncos e galhos de Rhizophora sp. em várias localidades do Brasil e no mundo. ... 79 Tabela 22: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) em tecidos de folhas do manguezal em Jardim Gramacho – RJ, (n = 4)... 80 Tabela 23: Concentrações de fósforo (mg g¯¹) nas folhas de Rhizophora sp. em várias localidades do Brasil e no mundo. ... 81 Tabela 24: Coeficiente de concentração de nutrientes em um ambiente de manguezal colonizado por Rhizophora mangle em Jardim Gramacho - RJ. ... 84 Tabela 25: Valores mínimos e máximos de massa seca de serrapilheira subdividida em vários compartimentos como: folhas, estípulas, partes reprodutivas e galhos de vegetação de Rhizophora sp., em várias localidades. Entre parênteses estão as percentagens em relação ao total. ... 91 Tabela 26: Valores de concentrações de fósforo (mg g¯¹) em vários compartimentos da serrapilheira como folhas, estípulas, galhos e partes reprodutivas de Rhizophora sp.. Extraído de diversos autores em várias localidades do Brasil e no mundo. ... 107 Tabela 27: Valores de Fluxo de fósforo (mg m¯² dia¯¹) em vários compartimentos da serrapilheira como: folhas, estípulas, galhos e partes reprodutivas de Rhizophora sp... 107 Tabela 28: Média do semestre das concentrações e dos Fluxos de fósforo na serrapilheira de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho – RJ... 108
15 1 INTRODUÇÃO
1.1 ECOSSISTEMA DE MANGUEZAL
Os Manguezais são ecossistemas costeiros, de transição entre os ambientes terrestres e marinho, característicos de regiões tropicais e subtropicais. Geralmente estão associados às reentrâncias costeiras, com um terreno levemente plano que contribui para a formação de baías, lagoas ou deltas, propiciando um ambiente de águas com baixa intensidade de correntes marinhas e fluviais, onde há encontro das águas do rio com as do mar e sujeito ao regime de marés (KJERFVE, 1990; SOARES, 1995). Nestes ambientes o terreno pode possuir variações em sua topografia, propiciando, assim, a existência de locais com diferentes freqüências de inundação pelas marés, o que favorece a distribuição de espécies vegetais e animais, devido à influência da hidrodinâmica das águas estuarinas (WOODROFFE, 1992).
As florestas de mangue apresentam grande variabilidade quanto ao seu estágio de desenvolvimento estrutural, que parece ser controlado por concentrações de nutrientes, amplitude e frequência das inundações de marés, índice pluviométrico, temperatura ambiental e intensidade de evaporação. Esses fatores atuam como subsídios energéticos ou fontes de energia influenciando na fisionomia da vegetação (CINTRÓN; SCHAEFFER-NOVELLI, 1983). Em algumas ocasiões as florestas de mangue se desenvolvem mesmo em locais com características limitantes ao seu desenvolvimento como baixas temperaturas, geadas, secas e altas salinidades intersticiais, e geralmente dentro destas condições apresentem menor desenvolvimento estrutural. Essas forças que operam sobre o manguezal, descrevem o ambiente físico em que se desenvolve cada floresta. A ação e a interação de todos esses fatores regem o grau máximo de estrutura que uma floresta de mangue pode alcançar (CINTRÓN; SCHAEFFER-NOVELLI, 1983).
16 A vegetação do manguezal é composta por plantas lenhosas halófitas e perenifólia e apresenta adaptações para sobreviver em ambientes onde ocorrem mudanças drásticas, em um curto espaço de tempo e regularmente, como a variação da maré, salinidade da água intersticial e anoxia do sedimento (LACERDA et al., 2001; DUKE et al., 1998).
A vegetação de manguezal apresenta uma alta produção de serrapilheira se comparada com outras florestas tropicais de terra firme (NASCIMENTO et al., 2006), e a sua produtividade está intimamente relacionada com o desenvolvimento da biomassa vegetal. A exportação da matéria orgânica, proveniente da serrapilheira rica em nutrientes, incrementa a produtividade e a cadeia alimentar dos ambientes entre marés, terrestre e conseqüentemente os ambientes marinhos (FERNANDES et al., 2007; AKÉ-CASTILLO et al., 2006; JUMAN, 2005; GARCÍA-HANSEN et al., 2002; COX; ALLEN, 1999; AMARASINGHE; BALASUBRAMANIAM, 1992; WOODROFFE; MOSS, 1984; TAM et al., 1995; RIBAS, 2007; WOODROFFE et al., 1988; WAFAR et al., 1997; ALONGI et al., 2005).
Os nutrientes podem ser estocados em partes mais perenes da vegetação, bem como em partes mais rapidamente cícladas. Nas partes mais perenes da vegetação como troncos, galhos e raízes lenhosas, os nutrientes são normalmente estocados por longos períodos, podendo permanecer até a morte. Já em partes rapidamente cícladas da vegetação, tais como: as raízes não lenhosas e os constituintes da serrapilheira (folhas, partes reprodutivas, galhos finos, folhas e estípulas (tecido que envolve as folhas embrionárias Figura 1)); os nutrientes podem ser rapidamente exportados para o ambiente (CHRISTENSEN, 1978; DAY et al., 1987; SILVA et al., 1998; SILVA et al., 2006; SILVA et al., 2007; ALONGI et al., 2003; ALONGI et al., 2005).
Em geral, os manguezais são ambientes com alta salinidade se comparado com os ambientes terrestres, o que poderia acarretar estresse na vegetação. Por essa razão, estes organismos desenvolveram adaptações, o gênero Rhizophora por exemplo, apresenta raízes finas, que impedem boa parte de o sal entrar na planta, estas são chamadas plantas excludentes de sal. Este gênero é menos tolerante à presença de sal e desenvolve-se melhor em locais onde a água intersticial apresenta salinidade menor que 50. Já o gênero Avicennia é, conhecido como plantas excretoras de sal que retém parcialmente o sal absorvido pelas raízes e excreta boa parte pelas glândulas salinas localizadas em suas folhas. Este gênero é o mais tolerante ao stresse salino, sobrevivendo em locais de salinidade variando entre 65 e 90. O gênero Laguncularia apresenta tolerância moderada, comparado aos acima citados (DUKE, 1992; TEAS, 1979 apud ZHENG et al., 1999; POPP, 1984; MARTINS; MOREIRA, 2007). Esses mecanismos fisiológicos de retenção e excreção de sal equilibram o potencial osmótico da vegetação, o que contribui decisivamente para a retenção de nutrientes e água do meio (LACERDA, 1984).
17
Figura 1: Estípulas de Rizophora mangle em Jardim Gramacho. Em (a) estípulas em um processo de desenvolvimento nas folhas, em (b) estípulas coletadas na serrapilheira.
Outra adaptação importante para a manutenção da produtividade da floresta é a reprodução das espécies por viviparidade. Esse processo permite que as sementes permaneçam na árvore progenitora até se transformarem em propágulos e estarem prontos para se soltarem da árvore, isso só é possível, por acumularem grande quantidade de reservas nutritivas, o que permite sua sobrevivência por longos períodos (SUGIYAMA, 1995; DUKE, 1992; TOMLINSON, 1994).
A vegetação de manguezal também apresenta a capacidade de oxidar sua rizosfera e favorecer a formação de óxidos e hidróxidos de ferro conhecido como placas de ferro (Figura 2 e Anexo 9.2) (ANDERSEN; KRISTENSEN, 1988; ARMSTRONG; ARMSTRONG, 1988; MCKEE et al., 1988; ST-CYR; CAMPBELL, 1996; SUNDBY et al., 2003; SKELTON; ALLAWAY, 1996). a) b) E Essttííppuullaa F Foollhhaass E Essttííppuullaa
18
Figura 2: Placas de ferro sobre as raízes de Vallisneria american. Figura Adaptada de St-Cyr; Campbell (1996).
As placas de ferro são pouco estudadas e podem apresentar grande relevância na captura e estocagem de elementos químicos. Devido às estratégias fisiológicas da vegetação em captar o oxigênio atmosférico através de órgãos especializados como lenticelas e pneumatóforos e transportá-lo até a rizosfera por tecidos especializados denominados aerênquima (ANDERSEN; KRISTENSEN, 1988) onde ocorre a precipitação de ferro na superfície das raízes, formando as placas.
Com essa estratégia fisiológica a vegetação diminui a concentração de elementos potencialmente fitotóxicos como Fe2+, Mn2+ e H2S (ARMSTRONG; ARMSTRONG, 1988;
LACERDA et al., 1993; ANDERSEN; KRITENSEN, 1988; ARMSTRONG, 1964; MCKEE et al., 1988; YOUSSEF; SAENGER, 1996).
Além de reduzir a toxidade dos sedimentos, as placas de ferro funcionam como uma armadilha de sorção para nutrientes importantes à fisiologia vegetal como: Zn, Cu, Se e P (MACHADO et al., 2004; MACHADO et al., 2005; TANIZAKI, 1994; ST-CYR; CAMPBELL, 1996; ZHOU; SHI, 2007; HU et al., 2005; ZHANG et al., 1999; CHRISTENSEN; WIGAND, 1998; JIANG et al., 2009; XU et al., 2009) e também para outros elementos potencialmente tóxicos como As, Ni e Cd (LIU et al., 2007; OTTE et al., 1989; LIU et al., 2004; GUO et al., 2007).
Alguns autores reportam que a oxidação da rizosfera favorece a captura de vários elementos, entretanto em alguns casos de ambientes limitantes em nutrientes, esta “barreira” pode levar o vegetal a uma deficiência de nutrientes (MELLO et al., 1992; OTTE et
Interior da raiz Depósitos de
FeOOH (placas de ferro)
Sedimento e/ou água intersticial
Parede celular PO4-3
19 al., 1989; HOWELER, 1973; CHRISTENSEN et al., 1998). Outros autores já acreditam que estas “barreiras” podem servir como um reservatório de nutrientes para um possível tempo de escassez (CONLIN; CROWDER, 1989; CROWDER; MACFIE, 1986; GREIPSSON; CROWDER, 1992; OTTE et al., 1989; CHEN et al., 1980; ZHANG et al., 1999; YE et al., 2001).
1.2 REGIMES DE MARÉS E INFLUÊNCIA FLUVIAL
A maré é o principal mecanismo de penetração das águas salinas nos manguezais. A distância máxima de penetração da água salgada determina o limite do manguezal em direção a terra, que pode atingir dezenas de quilômetros em direção ao montante das desembocaduras dos rios. (FERNANDES; PERIA, 1995; SOARES, 1995; KJERFVE et al., 1997; MIRANDA et al., 2002; MCLUSKY; ELLIOTT, 2004). A ação das marés varia ao longo do manguezal, isto é, algumas áreas são inundadas diariamente enquanto outras são atingidas apenas sazonalmente pelas marés de sizígia (LACERDA, 1998).
Os rios apresentam um papel fundamental na diluição da água marinha, favorecendo a diminuição da salinidade, diminuindo o estresse da vegetação e beneficiando a distribuição de espécies menos tolerantes à salinidade. O aporte de água doce de origem continental geralmente apresenta nutrientes provenientes dos processos intempéricos e antrópicos. Estes nutrientes são carreados pelas águas e contribuem para a nutrição da vegetação e dessa forma, incrementa o desenvolvimento vegetativo e, por sua vez, a produtividade primária destes ecossistemas bem como ecossistemas vizinhos (WOLANSKI et al., 1992).
As águas subterrâneas também apresentam papel importante no transporte de nutrientes e distribuição de espécies de manguezal (ALONGI et al., 1998; ALONGI, 2002) e, em alguns casos, determinam a estrutura da floresta, pois influenciam nas variações físico-químicas como salinidade, potencial redox (Eh), potencial hidrogeniônico (pH); que por sua vez, podem favorecer o desenvolvimento de espécies vegetais de manguezais (WOLANSKI et al., 1992).
As correntes fluviomarinhas são imprescindíveis para a formação do substrato do manguezal, pois são, geralmente e relativamente, ambientes de baixa energia hidrodinâmica e por isso favorecem a deposição de materiais em suspensão na água como silte, argila, pequenas partículas de areia, matéria orgânica e elementos químicos (WOLANSKI et al., 1992; CATANZARO et al., 2004).
20 As características do sedimento também podem ser determinadas pela contribuição da geologia local, da biota e da força das correntes marinhas e pluviais, que podem variar bastante de um manguezal para o outro (WOODROFFE, 1992).
Nos manguezais que apresentam um ambiente geomorfologicamente mais fechado para o mar, geralmente as águas são mais calmas e ocorre uma tendência de deposição de grãos sedimentares mais finos (argila e silte), que apresentam maior área de contato superficial com o meio, de onde sobrevém a fixação de elementos químicos por adsorção (LACERDA, 1998). Já os manguezais que surgem em um ambiente relativamente mais aberto para o mar e apresentam correntes de águas mais intensas, tendem a depositar grãos mais grossos (areia) (WOODROFFE, 1992).
Outros processos também contribuem para a deposição de sedimentos como, por exemplo, a mistura das águas marinhas com as águas fluviais, que favorece reações químicas permitindo a floculação e precipitação dos grãos que estão em suspensão na coluna d água, e as raízes escoras, troncos e pneumatóforos da vegetação dos manguezais também podem contribuir para a deposição de sedimentos, pois formam barreiras físicas que diminuem a energia das marés e favorecem a deposição do material em suspensão (CATANZARO et al., 2004; HOGARTH, 2007; HARBISON, 1986; FURUKAWA; WOLANSKI, 1996).
Os processos de transporte e deposição de materiais marinhos e/ou de fonte fluvial, contribuem para a formação do sedimento do manguezal. Tais processos geralmente ocorrem em forma de deposições subseqüentes, formando ao longo do tempo um perfil vertical estratigráfico. Esse perfil pode revelar muitos fatos sucedidos nestes ambientes, originando um histórico ambiental da área (GODOY et al., 1998; SANDERS et al., 2010; BORGES, 2006; BORGES et al., 2009).
O substrato do manguezal apresenta características variáveis em sua composição devido ao fato de os materiais que o integram, serem de diferentes origens, normalmente provenientes da geologia e da biota local (FERNANDES; PERIA, 1995; LACERDA et al., 1986; LACERDA et al., 1993) e por isso geralmente é rico em matéria orgânica.
A degradação da matéria orgânica é favorecida pela respiração aeróbica das bactérias, que esgotam rapidamente o oxigênio presente no meio. A partir do momento que oxigênio é consumido, inicia-se a atividade anaeróbica. Outro fator que pode contribuir para a anoxia do sedimento é a submersão do substrato pelas inundações periódicas, já que os espaços entre as partículas do sedimento são preenchidos com água, e mesmo quando a água é saturada com oxigênio, sua concentração é muito inferior em comparação com a do ar, o que contribui para o substrato dos manguezais ser geralmente anóxico (HOGARTH, 2007).
21 1.3 FÓSFORO EM SEDIMENTOS E PLANTAS DE MANGUEZAL
O fósforo nos sedimentos de manguezais é proveniente da ação erosiva das rochas, compostas principalmente por apatitas (Ca[(F, Cl, OH)]PO4): florapatita (F), cloroapatita (Cl)
e hidroxiapatita (OH-). Após esse processo, tais minerais geralmente são carreados para o sedimento de manguezal na forma de fosfato (PO3-4) (JAHNKE, 1992; RUTTENBERG,
2003).
O fosfato no sedimento do manguezal pode participar de processos de oxidação e redução. Quando o sedimento está oxidado, como por exemplo, na rizosfera ou em contato com a atmosfera, o fosfato pode reagir com óxidos e hidróxidos de ferro, podendo formar fosfatos de ferro, como por exemplo, a vivianita. Em condições anóxicas os minerais fosfatados tendem a liberar o Fe3+, que se transforma em Fe2+ (mais solúvel), favorecendo a formação de outros minerais fosfatados e de sulfeto de ferro (HOLMBOE et al., 2001; HAKANSON; JANSSON, 1983; ALONGI et al., 1992).
Esse fosfato pode reagir com o cálcio e formar apatita, que é um mineral de grande abundância nos ambientes marinhos; bem como reagir com outros elementos (HAKANSON; JANSSON, 1983; SILVA, 1992). O pH no sedimento pode também afetar a estabilidade da apatita, pois, em ambientes alcalinos, o pH pode solubilizá-la e então, o fosfato tornar-se disponível para a coluna d`água.
O fosfato na coluna d`água ou na água intersticial pode ter várias vias de utilização, podendo ser absorvido por algum ser vivo, como por exemplo, a vegetação do manguezal. Esse nutriente é de suma importância para a vida por participar de vários processos metabólicos como a transferência de energia, síntese de ácidos nucléicos, respiração celular, síntese e estabilidade da membrana plasmática, ativação e desativação de enzimas e por essa razão é um elemento abundante nos tecidos dos seres vivos (JANSSON, 1983; ARAÚJO; MACHADO, 2006; EVANS; EDWARDS, 2001).
O fósforo nos sedimentos nem sempre está facilmente disponível para a vegetação e muitas vezes, ela se utiliza de estratégias, como por exemplo, secretar ácidos orgânicos para ajustar os valores de pH da rizosfera e dessa forma pode solubilizar o fósforo (KIRK; DU, 1997; LARCHER, 2004). A liberação de algumas substâncias orgânicas pode favorecer a formação de quelatos (solúveis) e assim alguns elementos como o fósforo, tornam-se protegidos de novas ligações e ao mesmo tempo podem ser absorvidos pelas plantas (LARCHER, 2004; NAGARAJAH et al., 1970; EVANS; EDWARDS, 2001).
Outra estratégia para a vegetação se nutrir com fósforo é a realização de simbiose com micorrizas, pois estas são eficientes em capturar fósforo, são relativamente longas e finas podendo explorar partes do substrato inatingíveis pelos pêlos radiculares (WIGAND;
22 STEVENSON, 1997; KOTHAMASI; KOTHAMASI, 2006; CHRISTENSEN; WIGAND, 1998; EVANS; EDWARDS, 2001).
Depois de o fósforo participar de vários processos fisiológicos na vegetação, ele pode ser disponibilizado na forma orgânica (fósforo orgânico - PO) pelo aporte de serrapilheira bem como outros mecanismos (WOODROFFE et al., 1988, WAFAR et al., 1997, ALONGI et al., 2005; RIBAS, 2007). Este fósforo pode ser remineralizado a partir da matéria orgânica e estará novamente disponível na forma de fosfato (ATLAS; BARTHA, 1993; ALONGI et al., 1992).
Nem todo fósforo que chega ao ambiente de manguezal vem de processos naturais. Alguns processos têm origem antrôpica como os resíduos urbanos e rurais, o que normalmente contribui para a eutrofização. A vegetação e o sedimento de manguezal são importantes para a retenção de fósforo podendo mitigar o aporte de fósforo que é trazido por esgotos (WONG et al., 1995; TAM; WONG, 1996), portanto é de suma importância preservar esses ambientes bem como recuperar áreas degradadas com tem sido feito em Jardim Gramacho que é o alvo de estudo desta pesquisa.
1.4 OS MANGUEZAIS AO REDOR DO MUNDO
Os manguezais do planeta ocorrem entre 35º N a 38 º S e estão estimados em cerca de 181.000 km² (ALONGI, 2002), estima-se que 70% das zonas costeiras tropicais e subtropicais sejam cobertas por eles. Sua distribuição e produtividade estão relacionadas com a latitude (SAENGER; SNEDAKER, 1993), pois à medida que diminui a latitude, a vegetação apresenta árvores mais frondosas. Esse fato provavelmente decorra dos fatores relativos à latitude, como as altas taxas de insolação e pluviosidade e, principalmente, à disponibilidade de água doce, enquanto nas maiores latitudes estes ecossistemas são substituídos por outros mais adaptados às menores temperaturas, como por exemplo, marismas (FERNADES; PERIA, 1995; TOMLINSON, 1994; STUART et al., 2007).
Os manguezais na America Latina e Caribe representam aproximadamente 29% do total. Já os africanos englobam 23% e os asiáticos representam quase a metade (~48%) dos manguezais do mundo (REZENDE et al., 2009). Eles apresentam poucas espécies se comparado com uma floresta terrestre tropical com aproximadamente 70 espécies e cada uma delas com suas características adaptativas específicas (SPALDING et al., 1997 apud ALONGI, 2002; LUGO et al., 1974).
Existem seis tipos de florestas de mangue; considerando os aspectos fisiográficos, são elas: ribeirinho, franja, bacia, ilhote, arbustivo e anão (LUGO; SNEDAKER, 1974). No
23 entanto Cintrón et al. (1985) modificaram essa classificação, considerando três tipos principais: ribeirinho, franja e bacia. Os tipos fisiográficos ilhotes, arbustivo e anão, foram considerados subtipos dos principais.
A floresta do tipo ribeirinho desenvolve-se ao longo das margens dos rios e canais e apresenta elevado desenvolvimento estrutural que é condicionado pela baixa salinidade e maior disponibilidade de nutrientes. O tipo franja ocorre ao longo das margens de costas protegidas. A floresta do tipo bacia desenvolve-se nas áreas interiores, atrás da floresta do tipo ribeirinho ou de franja, onde a renovação de água ocorre lentamente, pois a freqüência de inundação é menor do que nos dois tipos anteriores (CINTRÓN et al., 1985).
Os manguezais desempenham importante papel como exportador de matéria orgânica para os estuários, contribuindo para a produtividade primária na zona costeira (SCHAEFER-NOVELLI, 1995; SAENGER; SNEDAKER, 1993). Por essa razão, constituem-se em ecossitemas um dos mais férteis e diversificados do planeta. A sua biodiversidade e produtividade fazem com que essas áreas se constituam em grandes criadouro naturais, tanto para as espécies típicas desses ambientes, como para animais, aves, peixes, moluscos e crustáceos, que aqui encontram as condições ideais para reprodução e abrigo, por isso esses ambientes têm elevado valor ecológico e econômico (HOLMER, 2003).
1.5 OS MANGUEZAIS NO BRASIL
No Brasil os manguezais figuram uma área de cerca de 25.000 Km2, no qual representam mais de 12% dos manguezais do mundo inteiro e sobrevêm em quase todo o litoral desde o Oiapoque até a Laguna, em Santa Catarina (SCHAEFER-NOVELLI, 1995). A vegetação é composta por 6 espécies arbóreas típicas, pertencentes a 3 gêneros: Rhizophora mangle, Rhizophora harrisonii, Rhizophora racemosa, Avicennia schaueriana, Avicennia germinans e Laguncularia racemosa.
Ao longo da costa brasileira, os manguezais possuem características específicas que os diferenciam quanto aos padrões de estrutura vegetal e suas especificidades regionais na distribuição das espécies. Para auxiliar a interpretação das florestas brasileiras de mangue, Schaeffer-Novelli et al. (1990) dividiram o litoral do país em oito unidades fisiográficas, levando em consideração o relevo, tipo de solo, cobertura vegetal, temperatura média anual, evapotranspiração potencial e amplitude de marés.
De acordo com essa divisão, cada unidade apresentaria um desenvolvimento estrutural similar, por estar submetida às mesmas condições ambientais regionais. Distribuindo-se desde o riacho Doce, no extremo norte, até o rio Itabapoana, na divisa com o
24 Estado do Rio de Janeiro, os manguezais do Espírito Santo ocupam área aproximada de 70 km2 (VALE; FERREIRA, 1998) e, de acordo com a classificação de Schaeffer-Novelli et al. (1990), está incluso, na unidade VI, trecho compreendido entre o Cabo de Santo Antônio, no Recôncavo Baiano – BA (13º00’S) a Cabo Frio – RJ (23°00’S).
No Estado do Rio de Janeiro, o ecossistema ocupa aproximadamente 160 km2 (KJERFVE; LACERDA, 1993) e as maiores florestas estão localizadas na foz do rio Paraíba do Sul e nas baías de Guanabara, Sepetiba e Angra dos Reis (FEEMA, 1980; MENEZES et al., 2000) e ali acorrem as espécies típicas Avicennia germinans, Avicennia schaueriana, Laguncularia racemosa e Rhizophora mangle.
Os manguezais da Baía de Guanabara hoje apresentam 82 km², porém no ano de 1500 ocupavam uma área aproximada de 260 km². Esta diminuição se deu devido aos fatores antrópicos que paulatinamente foi degradando os manguezais.
1.6 INTERFERÊNCIA ANTRÓPICAS SOBRE OS MANGUEZAIS
A população humana, desde tempos remotos, sempre esteve intimamente relacionada com os ambientes estuarinos, em particular aos manguezais, eles constituem um hábitat natural de organismos que servem de alimento para o homem, e o fácil acesso à água doce proveniente do continente que geralmente desemboca nestas áreas. Também em algumas ocasiões são locais adequados para instalação de portos, podendo constituir uma via de acesso importante para outras localidades, são ambientes propícios para as atividades de lazer e turismo e, ainda, são locais que permitem a eliminação de grandes quantidades de dejetos (MIRANDA et al., 2002; ARAÚJO; MACIEL, 1979; ALVEZ, 2001).
O acelerado desenvolvimento urbano irregular resulta em impactos diretos sobre muitos ambientes estuarinos em especial os manguezais, como por exemplo, a descarga de efluentes de natureza doméstica, industrial e rural, contaminando o ambiente com nutrientes, que favorece a eutrofização (BORGES, 2006; HOLMER, 2003), e ainda outros contaminantes como o Bifenil policlorados (PCB), pesticidas Dicloro-Difenil-Tricloroetano (DDT), e metais traços como mercúrio, chumbo, cádmio, zinco e cobre (SILVA et al., 2003; LACERDA, 1998; HOGATH, 2007; LUGO, 1974).
A interferência antrópica também contribui com o desmatamento da mata ciliar para a produção de carvão bem como outras atividades e isto viabilizou um maior transporte de sedimentos para os rios, canais, baías e lagoas (MIRANDA et al., 2002; ARAÚJO; MACIEL, 1979), favorecendo o assoreamento desses ambientes costeiros. Além destas alterações também se dão uma série de modificações drásticas nos manguezais como aterros que
25 foram efetuados para diversos fins, como construções de casas, estradas, indústrias e áreas de lazer (MIRANDA et al., 2002; LUGO, 1974; ALVEZ, 2001; MOSCATELLI, 2000).
Diversas áreas de vegetação de manguezal foram apropriadas para a construção de aquiculturas (HOLMER, 2003; REN et al., 2008) depósito de lixo, agricultura, salinas (MARTINUZZI et al., 2009; ARAÚJO; MACIEL, 1979) e marinas de luxo, especulação imobiliária e grilagem, como ocorrido na Baía da Ilha Grande (RJ), Baía de Guanabara (RJ), Baía de Todos os Santos (BA), Vitória (ES), Santos (SP) e Paranaguá (PR), onde manguezais foram desmatados com esses propósitos (LACERDA, 1999; KJERFVE; LACERDA et al., 1993; MOSCATELLI et al., 1993; ALVEZ, 2001) e em Porto Rico (LEWIS; HAINES, 1981).
Nas Filipinas cerca de 60% da área original de mangue desapareceram, no Vietnã, as perdas são estimadas em 37%, na Tailândia 55% foram perdidos entre os anos de 1961 e 1986, na Malásia 12% entre os anos de 1980 e 1990 equivalente a 1,3% anualmente (SPALDING et al., 1997 apud HOGARTH, 2007; ALONGI, 2002; VALIELA et al., 2001). Numa escala de valores mundial, cerca de 50% do total da área original de manguezal vêm sendo degradados desde o último século (GESAMP, 2001; MARTINUZZI et al., 2009).
Embora a vegetação dos manguezais no mundo apresente um elevado grau de degradação, existem áreas em países como Filipinas (GEDAN; SILLIMAN, 2009), China (REN et al., 2008), Porto Rico (LEWIS; HAINES, 1981; MARTINUZZI et al., 2009), E.U.A. (LEWIS, 1990), Austrália, Tailândia, Malásia, Vietnam, Indonésia, Índia, Paquistão, Cuba E.U.A., Colômbia, Arábia Saudita e Panamá (FIELD, 1996), assim como no Brasil onde a vegetação de manguezal está sendo regenerada, de forma induzida pelo homem, para um manejo mais adequado do ecossistema. No Brasil, em especial em Duque de Caxias – RJ, ocorre um bem sucedido plantio de vegetação de manguezal, promovido pela parceria das empresas Nova Gramacho e Manglares Consultoria (LACERDA, 2001; MOSCATELLI informação verbal).
Embora seja conhecido pela ciência que o replantio da vegetação do manguezal pode trazer algumas mudanças no ambiente, tais como a alteração no pH, matéria orgânica e percentagens de argila nos sedimentos (REN et al., 2008), incremento da fauna local e adjacente (BOSIRE et al., 2008; LEWIS, 1990), poucos desses manguezais sob intervenção humana têm sido alvos de estudos no sentido de avaliar o comportamento biogeoquímico de nutrientes (ALONGI et al., 1998), e existe uma falta de informação sobre os efeitos que a regeneração da vegetação pode promover nos sedimentos em ambientes impactados por elevado aporte de resíduos domésticos.
26 2 HIPÓTESE
O presente estudo pressupõe que em um reflorestamento de manguezal que compreende três áreas distintas apresentem concentrações de fósforo que sofrem influências de suas diferentes características ambientais, como por exemplo, a densidade de indivíduos, o porte físico da vegetação e o regime de inundação.
Em ambientes com maiores densidades de indivíduos, geralmente ocorrem maiores disputas para nutrição vegetal se comparado com áreas com menores densidades de indivíduos, desta forma, o fósforo no sedimento e o fósforo incorporado na vegetação podem apresentar valores diferentes dependendo da densidade de indivíduos na área.
O porte físico da vegetação em tese capta maiores quantidades de fósforo do sedimento se comparado com uma área com plantas de porte arbóreo menores, assim também a vegetação com porte arbóreo maior devolve para o ambiente fósforo orgânico na forma de serrapilheira em maiores quantidades que em áreas com vegetação menores.
Em áreas mais próximas ao ambientes estuarino eutrofizado, como neste trecho da Baía de Granabara, recebem maiores aportes de fósforo que são carreados pela maré se comparado com áreas que se encontram mais próximos ao ambiente terrestre.
27 3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Este estudo tem o objetivo de avaliar a concentração de fósforo nos sedimentos e na vegetação de manguezal numa área da Baía de Guanabara onde existe um replantio de Rhizophora mangle (Mangue vermelho). Além disso, pretende-se estimar o papel da produção de serrapilheira no aporte de fósforo e o papel das placas de ferro, que poderiam estar atuando como uma barreira biogeoquímica sobre as concentrações de fósforo na vegetação.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1) Estabelecer o fracionamento do fósforo nos sedimentos, para entender quanto está concentrando e qual é a fração predominante.
2) Quantificar o conteúdo de matéria orgânica (MO), granulometria (silte, argila e areia fina), estimar a densidade aparente e determinar o pH e o Eh nos perfis sedimentares, para avaliar as possíveis associações desses parâmetros com o fósforo dos sedimentos.
3) Determinar o conteúdo de ferro e cálcio nos sedimentos, para avaliar as possíveis associações desses parâmetros com o fósforo neste compartimento do ambiente.
4) Estimar as concentrações de ferro e fósforo nas placas de ferro, para avaliar se elas estão atuando como uma barreira biogeoquímica entre o sedimento e a vegetação.
5) Determinar o fósforo na vegetação, incluindo raízes subterrâneas, raízes escoras, troncos, galhos e folhas, para estabelecer as concentrações deste nutriente nesses compartimentos.
28 6) Avaliar a estrutura dos bosques com medidas alométricas como DAP (diâmetro na altura do peito) e altura da vegetação, para entender se essas estruturas estão influenciando nas concentrações de fósforo nos compartimentos deste ambiente.
7) Estimar mensalmente, ao longo de um ano, o aporte de biomassa de serrapilheira das frações: folhas, estípulas, galhos e partes reprodutivas, para quantificar o aporte de massa de matéria orgânica para o ambiente.
8) Determinar mensalmente, ao longo de um semestre, o aporte de fósforo na forma de serrapilheira.
29 4 ÁREA DE ESTUDO
4.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A Baía de Guanabara (Figura 3) é a segunda maior baía do litoral brasileiro englobando praticamente toda a região metropolitana do Estado do Rio de Janeiro e está localizada entre as latitudes 22°40' e 23°00' S, e longitude 43°00' e 43°30' O. Possui uma área de cerca de 380 km² de superfície e em termos de dimensões, mede aproximadamente 28 km de oeste-leste e 30 km sul-norte, sendo que sua entrada possui apenas 1,6 km de largura estendendo-se entre os fortes São João no lado ocidental da entrada e a Fortaleza de Santa Cruz no lado oriental.
Figura 3: Localização da área de estudo.
Rio Iguaçu
Rio Sarapuí
Baía de Guanabara
30 A profundidade média da Baía de Guanabara é de aproximadamente 5,7 m, sendo que em uma depressão do canal central a profundidade chega a 58 metros. Esse canal central corre em uma direção norte-sul de aproximadamente 20 km de comprimento e 3 km largura (SEMADS, 2001; KJERFVE et al., 1997).
Segundo os estudos da JAPAN INTERNATIONAL COOPERATION AGENCY - JICA (1994) e Kjerfve et al. (1997) a Baía de Guanabara recebe o aporte de 35 rios distribuídos em 24 bacias hidrográficas que, somadas, formam a região hidrográfica da Baía de Guanabara. Esses rios e riachos deságuam uma vazão de 100 m3/s (média anual) e uma grande parte são efluentes domésticos e resíduos industriais.
Segundo o relatório do JICA (1994) os rios de grande vazão que deságuam na baía apresentam, com exceção do rio Guapimirim, uma péssima qualidade de água. Os rios Estrela, Iguaçu, Sarapui, Irajá e São João de Meriti, juntamente com os canais do Cunha e do Mangue, são responsáveis por 90% a 95% do total da carga poluidora recebida diariamente pela baía. Analisando-se por região, verifica-se que a região oeste recebe 48% da carga poluidora de origem doméstica e 43% da carga poluidora de origem industrial, enquanto que a região noroeste responde por 30% e 27%, respectivamente, destas cargas (JICA, 1994). Pode-se concluir, portanto, que as regiões oeste e noroeste concentram a maior parte dos lançamentos de dejetos efetuados na Baía de Guanabara (FUNDAÇÃO DE ESTUDO DO MAR - FEMAR, 1998; KJERFVE et al., 1997).
Na margem direita dos rios Sarapuí e Iguaçu junto à foz, é realizado desde 1978 o Aterro Sanitário de Gramacho em uma área de 1 milhão 300 mil m², cedida pelo Governo Federal ao município do Rio de Janeiro, para deposição do lixo gerado na Região Metropolitana (Figura 4).
Atualmente, Jardim Gramacho recebe cerca de 8.200 toneladas por dia de lixo, oriundo do município do Rio de Janeiro, além dos municípios de Duque de Caxias, São João de Meriti, Nilópolis, Belford Roxo, Queimados e Mesquita.
Desde 1996 a Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro e a COMLURB investem na recuperação ambiental do Aterro de Jardim Gramacho, e inúmeras intervenções foram executadas, destacam-se: cobertura dos resíduos sólidos com argila e outros materiais impermeáveis, melhoria do sistema de drenagem de águas pluviais, captação dos gases produzidos através de poços, aplicação de barreira vegetal, melhoria do sistema de drenagem e coleta de chorume, implantação de estação de tratamento de chorume, com grande capacidade, controle e revitalização de 110 ha do manguezal que o contorna.
Este presente estudo foi realizado no ambiente de plantio de manguezal localizado próximo ao Aterro Sanitário de Jardim Gramacho, Baía de Guanabara – RJ (Figura 4) que é um ambiente que recebe aporte de resíduos domésticos provenientes dos rios Iguaçu e
31 Sarapuí, como mencionado anteriormente, e sofreu desmatamento da vegetação de manguezal. Para a recuperação das áreas degradas de manguezal foi constituída uma parceria entre as empresas Nova Gramacho S/A, Companhia de limpeza urbana (COMLURB) e Manglares Consultoria.
Figura 4: Imagem aérea da área de estudo com plantios de Rhizophora mangle com diferentes idades.
As coletas foram feitas em ambientes de plantios de Rhizophora mangle com idades conhecidas, incluindo três ambientes com idades diferentes (Figura 5): O plantio iniciado no ano de 2000 denominado como área JG00; o plantio iniciado no ano de 2002 denominado como área JG02 e o plantio iniciado no ano de 2004 denominado de área JG04 (Tabela 1).
Tabela 1: Identificação e localização dos pontos de coletas e ano de plantio da vegetação reflorestada.
ANO DE PLANTIO ÁREA COORDENADA GEOGRÁFICA
2000 JG00 22º 44. 851 S e 43º 14.957 W 2002 JG02 22º 44.969 S e 43º 14.866’ W 2004 JG04 22º 45.047’ S e 43º 14. 800’ W Plantio de 2002 (JG02) Rio Iguaçu N Plantio de 2000 (JG00) Plantio de 2004 (JG04) Aterro sanitário de Jardim Gramacho Rio Sarapuí Baía de Guanabara
32 Os rios Sarapuí e Iguaçu se unem em um único canal que passa aproximadamente 200m da área de estudo (Figura 4). Esse canal não costuma inundar a área de estudo, talvez tenha um aporte de água subterrânea.
Figura 5: Fotos dos plantios de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho na área JG00 (a), na área JG02 (b), na área JG 04 (c) e em (d) um exemplo das ramificações dos troncos nestas referidas áreas.
a)
c)
d)
33 Esse canal é periodicamente dragado e o subproduto desta dragagem é normalmente depositado em sua margem esquerda o que forma um talude dificultando ainda mais a inundação da área de estudo por essas águas.
Na área de estudo acontece um sistema de inundação pela maré devido à topografia do terreno ser levemente acentuado da baía para o continente (Figura 6), desta forma, a área mais constantemente inundada é a JG04, por estar localizada mais próxima à baía, enquanto a área JG00 é inundada com maior frequência na maré alta, pois o terreno é um pouco mais elevado se comparado com a área próxima à baía.
A dinâmica da entrada da maré na área de estudo favorece a deposição de partículas em suspensão, bem como elementos químicos como, por exemplo, o fósforo. As áreas mais frenquentemente inundadas tendem a precipitar mais partículas e elementos químicos se comparada com a área menos frequentemente inundada, outro fator que também contribui com esse processo é a vegetação que forma uma barreira física favorecendo a precipitação de partículas sólidas em suspensão e elementos que podem se associar a outros compostos no decorrer da trajetória baía/continente e também precipitar no sedimento (CATANZARO et al., 2004; HOGARTH, 2007; HARBISON, 1986; FURUKAWA; WOLANSKI, 1996).
Figura 6: Esquema da área de estudo, indicando a inundação pela maré e espaçamento entre o Aterro sanitário e a Baía de Guanabara.
Os plantios nestas três áreas foram realizados com a fixação manual de propágulos no sedimento em um espaçamento 1 metro de distância com intuito de fazer um viveiro natural de mudas de manguezal e garantir os plantios para outras áreas que precisam de mudas mais desenvolvidas (Moscatelli, infomação verbal).
Com o desenvolvimento da vegetação entre 6 meses a 1 ano de idade aproximadamente, algumas mudas foram transplantadas para outras áreas enquanto outras morreram, e, por essa razão, em cada área passou a apresentar densidades diferentes.
Maré alta Maré baixa Área JG00 Área JG04 Área JG02 Aterro Sanitário Estrada 630m
34 5 MATERIAIS E MÉTODOS
5.1 METODOLOGIA DE CAMPO
Nos três pontos escolhidos para as coletas foram feitas parcelas de 144 m² (Figura 7), sendo que, cada uma das parcelas foi subdividida em quatro subparcelas de 36m², para obter uma melhor representatividade de acordo com o método utilizado por Chen; Twilley (1999) e Silva et al. (2005). Todas as coletas foram realizadas dentro destas parcelas entre os anos de 2007 e 2008.
Figura 7: Modelo de parcela de acordo com o método utilizado por Chen; Twilley (1999) e Silva et al. (2005).
5.1.1 Coleta do sedimento
Dentro de cada subparcela foi coletado um testemunho através de tubos de acrílico em um perfil vertical de 30cm de profundidade com diâmetro que variou entre 7 cm a 8 cm, e no ato da coleta os perfis sedimentares foram seccionados em fatias de 5 cm. Foram
12 m
12 m
N
6 m 6 m
35 coletados um total de 4 testemunhos por parcela, com 6 amostras para cada testemunho, obtendo um n = 24.
5.2 COLETA DE MATERIAL VEGETAL
5.2.1 Raízes subterrâneas
As raízes subterrâneas foram coletadas dentro das parcelas e os pontos de coletas foram distribuídos dentro das subparcelas da área de estudo com n = 4. Para extrair as raízes do sedimento foram feitos trincheiras de 30 X 30 X 30 cm de acordo com o método utilizado por Silva (1988). As raízes foram lavadas e peneiradas em malhas de 1,0 mm e separadas em raízes finas com diâmetro menor que 2 mm e em raízes grossas com diâmetro maior que 2 mm (Figura 8); em seguida as raízes foram secas na estufa até alcançarem peso constante. Somente as raízes com tecidos flexíveis e aparentemente vivas foram consideradas (SILVA, 1988).
Figura 8: Fotos das raízes subterrâneas grossas (a) e finas (b) extraídas de Rhizophora mangle em Jardim Gramacho.
