UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL CURSO DE DOUTORADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

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CURSO DE DOUTORADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

RENATA FALCK STORCH BÖHM

USO DE PARÂMETROS BIOLÓGICOS NA AVALIAÇÃO DA SENSIBILIDADE DE ESPÉCIES VEGETAIS EXPOSTAS A CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

GERADOS POR MOTOR DE COMBUSTÃO A DIESEL

Itajaí (SC) 2019

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RENATA FALCK STORCH BÖHM

USO DE PARÂMETROS BIOLÓGICOS NA AVALIAÇÃO DA SENSIBILIDADE DE ESPÉCIES VEGETAIS EXPOSTAS A CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

GERADOS POR MOTOR DE COMBUSTÃO A DIESEL

Trabalho de Conclusão apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, como parte dos requisitos para obtenção do grau de Doutor em Ciência e Tecnologia Ambiental.

Área de concentração: Tecnologia e Gestão Ambiental.

Orientador: Claudemir Marcos Radetski. Prof., Dr.

Itajaí (SC) 2019

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Sempre achei difícil esta parte, talvez porque não há como fazermos um teste para ver se este período teve um resultado significativo, não é pelo valor de “p” que descobrimos a significância das pessoas na nossa trajetória, não há programa estatístico que indique quais parâmetros da nossa vida indicaram correlação positiva, ou negativa, com esse período.

Agradeço, portanto, aos professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, assim como agradeço aos funcionários, em especial a Isabela e a Maraysa que fazem com que tudo funcione da melhor maneira possível.

Gostaria de agradecer a bióloga Marcela e a equipe do Horto Municipal da Barreirinha da Prefeitura Municipal de Curitiba por fornecer as mudas, matéria-prima desta pesquisa.

Um agradecimento especial a todos do Instituto Federal de Santa Catarina – IFC/Araquari, ao professor Cleder Alexandre Somensi que abriu as portas do campus, fornecendo toda a infraestrutura necessária para a condução da pesquisa, sem mencionar que me apresentou as pessoas que se tornaram parceiros no desenvolvimento da pesquisa: aos técnicos do Laboratório: Vanessa, Felipe e Daniel. Carinho imenso a equipe do Tobias (nome que batizamos o Tobata): Vagner e César (obrigada pelo apoio e dedicação, pela companhia, pelo papo e chimarrão, durante longos finais de semana no IFC). Com muito carinho agradeço aos pesquisadores iniciantes, alunos do Projeto de Iniciação Científica - PIC, da turma de Técnico Integrado em Química: Arnaldo, Augusto, Igor e Paulo Henrique, com eles aprendi o verdadeiro valor das palavras: educação e espírito de trabalho em equipe, amadureci muito como profissional!

Foi maravilho participar da vida de alunos que estão no PIC, isso me remete à quando comecei a trabalhar com pesquisa, e agradeço à minha querida professora Therezinha Maria Novais de Oliveira, pelos ensinamentos compartilhados desde a graduação, os quais foram, são e sempre serão muito importantes para mim e para a minha vida profissional, obrigada por despertar em mim o amor pela pesquisa!

Agradeço aos colegas de turma, em especial, agradeço a Fernanda, por compartilhar os trabalhos, dúvidas e muitas vezes o trajeto Joinville-Itajaí, em

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Em especial cito, Fernando Luiz Diehl, representando todos da empresa Acquaplan, um agradecimento gigantesco pelo apoio e incentivo à pesquisa, obrigada por possibilitar que eu trilhasse esse caminho de conhecimento e autoconhecimento chamado DOUTORADO.

Agradeço a minha família pelo carinho e incentivo, ainda que à distância, obrigada pelo amor incondicional! Especialmente aos meus pais, que sempre investiram na educação dos filhos, independentemente das adversidades da vida (e não foram poucas), a minha “Cunhas” que, por ter passado por esta experiência, demostrou uma enorme empatia e carinho quando falava sobre todos os detalhes da pesquisa.

Agradeço as minhas queridas amigas “Loucas por Corrida” que me ensinaram a importância do equilíbrio: qualidade física x qualidade mental e que literalmente me fazem correr atrás deste objetivo.

Em especial, agradeço ao professor Claudemir Marcos Radetski por ter aceito o convite para ser meu orientador, e que me mostrou que precisamos expandir os horizontes, e me desafiou a investir na pesquisa sobre qualidade do ar, sempre incentivando a troca de saberes, obrigada especialmente por me conduzir nesta reta final!

Agradeço ainda a UNIVALI e a CAPES pelo fornecimento da Taxa/Bolsa de estudos.

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Nitrogênio (NO2) dentre outros, são levados continuamente para a atmosfera,

principalmente pelo tráfego automotivo ao usar combustíveis fósseis. Estes compostos químicos podem, a curto ou longo prazo, ser prejudiciais para a saúde humana, biota e em termos gerais, afetar a qualidade do solo e do ar. A emissão de gases poluentes provenientes da combustão de um motor à Diesel pode ser precursora de potenciais mudanças estruturais e fisiológicas em espécies vegetais. Esta tese visou hierarquizar a sensibilidade de cinco diferentes espécies vegetais da mata Atlântica expostas à diferentes concentrações de contaminantes/poluentes do ar. Assim, Guabiroba (Campomanesia xanthocarpa O. Berg.), Araçá (Psidium cattleianum), Pau-ferro (Libidibia ferrea) (Mart. exTul.) L.P. Queiroz, Aroeira (Schinus terebinthifolius) e Cuvatã (Cupania vernalis) foram expostas em estufas (Estufa Controle, Estufa 2, com exposição de gases emitidos 2x ao dia (Exp. 2x) e Estufa 3, com exposição de gases emitidos 4x ao dia (Exp. 4x) de gases de combustão de um motor à Diesel durante 120 dias, com intervalos de picos de concentração de gases. A cada 30 dias, parâmetros de injúria foliar (clorose e necrose), biomassa e fisiológicos/bioquímicos (proteínas, clorofila e atividade da enzima peroxidase) foram avaliados nas plantas. Os resultados mostraram diferenças na sensibilidade das plantas e variações nas respostas analisadas, dependentes dos níveis de exposição dos contaminantes/poluentes presentes no ar. Assim, o conjunto de respostas dos parâmetros analisados nos vegetais testados permitiu fazer uma hierarquização da sensibilidade (e inversamente, da resistência ou tolerância) das espécies vegetais testadas frente aos gases de combustão do óleo Diesel: Guabiroba > Cuvatã > Aroeira ≈ Araçá ≈ Pau-ferro. Dentre os parâmetros analisados, a peroxidase foi a única que se mostrou sensível em todas as plantas, enquanto os outros parâmetros variaram em função da espécie de planta e algumas vezes, em função da parte da planta analisada (folha ou raiz). As variações nos parâmetros analisados podem ser usadas como diagnóstico precoce do estresse ou como um marcador de tolerância das árvores. No primeiro caso, uma espécie sensível serve para o biomonitoramento da qualidade do ar e no segundo caso, a falta de variações significativas dos parâmetros pode ser usada como indicador de tolerância da espécie vegetal face à contaminação/poluição do ar. A associação dos métodos de quantificação química dos contaminantes/poluentes com os parâmetros biológicos observados nos vegetais é desejável para uma avaliação dos níveis de qualidade do ar.

Palavras-chave: Qualidade do ar; Sensibilidade de plantas; Peroxidase; Arborização urbana; Emissões automotivas.

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(NO2) among others, are quickly released to the atmosphere, mainly by automotive

traffic by burning fossil fuels. These chemical compounds may, in the short or long term, be harmful to human health, biota affecting soil and air quality. Emission of pollutant combustion gases from Diesel engine can be a precursor of the structural and physiological changes in higher plant species. This thesis aimed to evaluate the sensitivity of five different species of Atlantic forest exposed to different concentrations of air contaminants/pollutants. Thus, Guabiroba (Campomanesia xanthocarpa O. Berg.), Araçá (Psidium cattleianum), Pau-ferro (Libidibia ferrea) (Mart. ExTul.) LP Queiroz, Aroeira (Schinus terebinthifolius), and Cuvatã (Cupania vernalis) were exposed in greenhouses: Control greenhouse, Greenhouse 2, with gas exposure emitted 2 fold per day (Exp. 2x) and Greenhouse 3, with gas exposure emitted 4 fold per day (Exp. 4x), contaminated with combustion gases of a Diesel engine during 120 days, with intervals of peaks of gas concentration. Every 30 days, leaf injury (chlorosis and necrosis), biomass and physiological/biochemical parameters (proteins, chlorophyll and peroxidase enzyme activity) were evaluated in higher plants. The results showed differences in the plant susceptibility and variations in the analyzed responses, sometimes dependent on concentrations of contaminants/pollutants present in the air. Thus, the set of responses of the parameters analyzed in the tested higher plants allowed to make a hierarchy of the sensitivity (and inversely, of the resistance or tolerance) of the higher plant species against the combustion gases of the Diesel oil: Guabiroba > Cuvatã > Aroeira ≈ Araçá ≈ Pau-ferro. Among the analyzed parameters, the peroxidase was the only one that showed sensitivity in all higher plants, while the other parameters varied according to the higher plant species and sometimes, depending on the part of the plant analyzed (leaf or root). Variations in the parameters analyzed can be used as early diagnosis of plant stress or as a marker for stress tolerance in trees. In the first case, a sensitive species is used for biomonitoring of air quality and, in the second case, the lack of significant variations of the parameters can be used as an indicator of the tolerance of the plant species to the contamination/air pollution. The association of chemical quantification of contaminants/pollutants with the biological parameters response observed in plants is desirable for a more realistic assessment of air quality levels.

Key words: Air quality; Plant susceptibility; Peroxidase; Urban afforestation; Automotive emissions.

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Figura 1 – Comparação dos padrões de qualidade do ar da Resolução vigente 491/2018 com a antecessora, Resolução 03/1990. ... 26

Figura 2 - Evolução da frota estimada de veículos comerciais leves por tipo de combustível. ... 28

Figura 3 - Evolução da frota estimada de veículos pesados por categorias. .. 29 Figura 4 - Emissões de NOx por combustão por tipo de combustível. ... 30

Figura 5 - (A): vegetação mais densa diminui a entrada de gases e o nível de retenção de gases; (B): vegetação mais rala permite que o vento penetre, aumentando a filtração do ar. ... 38

Figura 6 - Espécies de plantas utilizadas no estudo. ... 42 Figura 7 - Estufas utilizadas no estudo: Estufa 1 (controle), Estufa 2 (exposição de gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição de gases emitidos 4x ao dia)... 45

Figura 8 - À esquerda do leitor, o mini trator utilizado no lançamento dos gases oriundos do motor à Diesel. À direita, detalhe do encanamento usado para conduzir os gases do escapamento do trator para as Estufas 2 e 3. ... 46

Figura 9 - A: à esquerda unidade digital que registra os parâmetros (umidade relativa (%) e temperatura (°C)) e à direita o sensor wi-fi. B: detalhe sensor wi-fi dentro da estufa teste. ... 47

Figura 10 - Sensor Ventis MX4 utilizado para monitorar os gases do escapamento do motor à Diesel. ... 48

Figura 11 - Classes de Injúria Foliar. ... 49 Figura 12 - Concentração dos gases (µg.m-3_{) na Estufa Controle (A), Estufa 2}

(B) e Estufa 3 (C) em função do tempo (horas). ... 56 Figura 13 - Diminuição das concentrações dos gases NO2 e SO2 (µg.m-3) nas

estufas em função do tempo (minutos). ... 57 Figura 14 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Guabiroba submetidas}

aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem aos Desvios-padrão. ... 58

Figura 15 - Teores de clorofila total (mg.g-1_{) nas mudas de Guabiroba}

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Figura 16 - Teores de proteína (mg.g ) nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Guabiroba submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. 62

Figura 17 - Atividade da enzima peroxidase (∆Abs.g-1_{) nas folhas (A) e raízes}

(B) das mudas de Guabiroba submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 64

Figura 18 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Araçá submetidas aos}

diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão ... 67

Figura 19 - Teores de clorofila total (mg.g-1_{) nas mudas de Araçá submetidas}

aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 69

Figura 20 - Teores de proteína (mg.g-1_{) nas folhas (A) e raízes (B) das mudas}

de Araçá submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 70

(B) das mudas de Araçá submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 73

Figura 22 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Pau-ferro submetidas}

Figura 23 - Teores de clorofila total (mg.g-1_{) nas mudas de Pau-ferro}

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Figura 24 - Teores de proteína (mg.g ) nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. 80

(B) das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 83

Figura 26 - Biomassa seca média (g.planta-1_{) nas mudas de Aroeira}

submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 86

Figura 27 - Teores de clorofila total (mg.g-1_{) nas mudas de Aroeira submetidas}

Figura 28 - Teores de proteína (mg.g-1_{) nas folhas (A) e raízes (B) das mudas}

de Aroeira submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 90

(B) das mudas de Aroeira submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 92

Figura 30 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Cuvatã submetidas}

Figura 31 - Teores de clorofila total (mg.g-1_{) nas mudas de Cuvatã submetidas}

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Figura 32 - Teores de proteína (mg.g ) nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 99

(B) das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tempos de tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). As barras horizontais correspondem ao Desvio-Padrão. ... 102

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Tabela 1 - Relação das espécies de plantas utilizadas neste trabalho. ... 41 Tabela 2 – Parâmetros aferidos durante o período experimental (semanas): Umidade Relativa do Ar (%) e Temperatura (°C) dentro da estufa teste. ... 55

Tabela 3 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Guabiroba submetidas}

aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 59

Tabela 4 - Resultado do teste de Tukey na comparação das biomassas das mudas de Guabiroba submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufas Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 59

Tabela 5 - Clorofila total média (mg.g-1_{) nas mudas de Guabiroba submetidas}

Tabela 6 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo de clorofila nas folhas das mudas de Guabiroba submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). .... 61

Tabela 7 - Conteúdo proteico médio (mg.g-1_{) nas folhas e raízes das mudas}

de Guabiroba submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 63

Tabela 8 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo proteico nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Guabiroba submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 63

Tabela 9 - Atividade peroxidásica (∆Abs.g-1_{) nas folhas e raízes das mudas de}

Guabiroba submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 65 Tabela 10 - Resultado do teste de Tukey na comparação da atividade peroxidásica nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Guabiroba submetidas aos

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emitidos 4x ao dia). ... 66 Tabela 11 - Biomassa média (g.planta-1_{) nas mudas de Araçá submetidas aos}

tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 67

Tabela 12 - Resultado do teste de Tukey na comparação das biomassas das mudas de Araçá submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 68

Tabela 13 - Clorofila total média (mg.g-1_{) nas mudas de Araçá submetidas aos}

tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 69

Tabela 14 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo de clorofila nas folhas das mudas de Araçá submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). .... 70

de Araçá submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 71 Tabela 16 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo proteico nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Araçá submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 72

Tabela 17 - Atividade peroxidásica (∆Abs.g-1_{) nas folhas e raízes das mudas}

do Araçá submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 74 Tabela 18 - Resultado do teste de Tukey na comparação da atividade peroxidásica nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Araçá submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1),

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Tabela 19 - Biomassa seca média (g.planta ) nas mudas de Pau-ferro submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 77

Tabela 20 - Resultado do teste de Tukey na comparação das biomassas das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 78

Tabela 21 - Clorofila total média (mg.g-1_{) nas mudas de Pau-ferro submetidas}

Tabela 22 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo de clorofila nas folhas das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). .... 80

de Pau-ferro submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 81

Tabela 24 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo proteico nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 82

de Pau-ferro submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 84

Tabela 26 - Resultado do teste de Tukey na comparação da atividade peroxidásica nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Pau-ferro submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 84

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ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 86 Tabela 28 - Resultado do teste de Tukey na comparação das biomassas das mudas de Aroeira submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 87

Tabela 29 - Clorofila total média (mg.g-1_{) nas mudas de Aroeira submetidas}

Tabela 30 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo de clorofila nas folhas das mudas de Aroeira submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). .... 89

de Aroeira submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 91 Tabela 32 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo proteico nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Aroeira submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 91

de Aroeira submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 93 Tabela 34 - Resultado do teste de Tukey na comparação da atividade peroxidásica nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Aroeira submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 94

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ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 96 Tabela 36 - Resultado do teste de Tukey na comparação das biomassas das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 96

Tabela 37 - Clorofila total média (mg.g-1_{) nas mudas de Cuvatã submetidas}

Tabela 38 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo de clorofila nas folhas das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). .... 98

de Cuvatã submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 100 Tabela 40 - Resultado do teste de Tukey na comparação do conteúdo proteico nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia)... 100

de Cuvatã submetidas aos tratamentos na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 103 Tabela 42 - Resultado do teste de Tukey na comparação da atividade peroxidásica nas folhas (A) e raízes (B) das mudas de Cuvatã submetidas aos diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição na Estufa Controle (1), Estufa 2 (exposição aos gases emitidos 2x ao dia) e Estufa 3 (exposição aos gases emitidos 4x ao dia). ... 103

Tabela 43 - Absorbâncias (∆Abs.g-1_{) obtidas com o teste de FDA no início e}

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Tabela 44 - Resumo dos resultados das classes do índice de injúria foliar das 5 espécies vegetais submetidas à diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição. ... 108

Tabela 45 - Resumo dos resultados de biomassa seca das 5 espécies vegetais submetidas à diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição. ... 110 Tabela 46 - Resumo dos resultados do conteúdo de clorofila nas 5 espécies vegetais submetidas à diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição. ... 112 Tabela 47 - Resumo dos resultados do conteúdo em proteína nas folhas e raízes das cinco espécies vegetais submetidas à diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição. ... 114

Tabela 48 - Resumo dos resultados da atividade da enzima peroxidase nas folhas e raízes das 5 espécies vegetais submetidas à diferentes tratamentos em diferentes tempos de exposição. ... 116

Tabela 49 - Sensibilidade dos diferentes parâmetros mensurados nas diferentes plantas expostas aos gases de escapamento de um motor de combustão à Diesel. ... 120

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente COV Compostos Orgânicos Voláteis

ERRO Espécies Reativas do Oxigênio

HPAs Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos

NOx Óxidos de Nitrogênio

MP Material Particulado

MP2,5 Partículas com um diâmetro menor que 2,5 nm

MP10 Partículas com um diâmetro menor que 10 nm

NH3 Amônia

OMS Organização mundial da saúde

PQAR Padrões Nacionais de Qualidade do ar local - Padrões primários de qualidade do ar

PROCONVE Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores

PRONAR Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar SO2 Dióxido de Enxofre

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 22

1.1 Contexto da Tese ... 22

1.1.1 Qualidade do ar ambiente e legislação ambiental ... 23

1.1.2 Fontes de emissões gasosas para a atmosfera ... 27

1.1.3 Qualidade do ar e estresse oxidativo em vegetais ... 30

1.1.4 Indicadores fitológicos da qualidade do ar ... 32

1.1.5 Arborização urbana ... 37 2 HIPÓTESES E OBJETIVOS ... 39 2.1 Hipóteses ... 39 2.2 Objetivo Geral ... 40 2.3 Objetivos Específicos ... 40 3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 40

3.1 Espécies Utilizadas como Fitoteste ... 40

3.1.1 Guabiroba - Campomanesia xanthocarpa O. Berg. ... 42

3.1.2 Araçá - Psidium cattleianum. ... 43

3.1.3 Pau-ferro - Libidibia ferrea (Mart. Ex Tul.) L. P. Queiroz ... 43

3.1.4 Aroeira - Schinus terebinthifolius Raddi ... 44

3.1.5 Cuvatã ou Camboatá - Cupania vernalis ... 44

3.2 Montagem das Estufas ... 45

3.3 Manejo das Mudas ... 46

3.4 Concentração dos Gases do Motor à Diesel nas Estufas ... 47

3.5 Parâmetros Visuais, Biomassa e Fisiológicos/Bioquímicos ... 48

3.5.1 Índice de Injúria Foliar (IIF) ... 48

3.5.2 Produção da biomassa ... 49

3.5.3 Determinação do Teor de Clorofila ... 50

3.5.4 Determinação do conteúdo de Proteína ... 50

3.5.5 Atividade enzimática da Peroxidase ... 51

3.5.6 Atividade de enzimas hidrolíticas (hidrólise do FDA) do Solo ... 52

3.6 Estatística ... 53

4 RESULTADOS ... 54

4.1 Manejo das Mudas ... 54

(21)

4.3 Guabiroba ... 58

4.3.1 Índice de Injúria Foliar ... 58

4.3.2 Biomassa ... 58

4.3.3 Clorofila ... 60

4.3.4 Proteína ... 61

4.3.5 Peroxidase ... 64

4.4 Araçá ... 66

4.4.2 Biomassa ... 67

4.4.4 Proteína ... 70

4.5 Pau-ferro ... 76

4.5.2 Biomassa ... 76

4.5.4 Proteína ... 80

4.6 Aroeira ... 85

4.6.2 Biomassa ... 85

4.6.4 Proteína ... 89

4.7 Cuvatã ... 94

4.7.2 Biomassa ... 95

4.7.4 Proteína ... 98

4.8 Impacto dos Gases na Microbiologia do Solo ... 104

5 DISCUSSÕES ... 105

5.1 Concentração dos Gases SO2 e NO2 nas Estufas ... 105

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5.3 Biomassa ... 110 5.4 Clorofila ... 112 5.5 Proteína ... 113 5.6 Peroxidase ... 116 5.7 Parâmetros como Indicadores de Qualidade do Ar ... 120 6 CONCLUSÕES ... 123 7 RECOMENDAÇÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ... 126 REFERÊNCIAS ... 127

(23)

1 INTRODUÇÃO

1.1 Contexto da Tese

A preocupação com a qualidade do ar tem aumentado consideravelmente nos tempos atuais. A própria Organização Mundial da Saúde (OMS) aponta diretrizes quanto às concentrações ambientais de certos poluentes, baseadas nos estudos dos efeitos da poluição atmosférica sobre a saúde pública ou de receptores no ambiente e propõe que os governos revisem constantemente os padrões de qualidade do ar, chamando a atenção para que se baixem (por meio do controle de emissões) as concentrações de vários contaminantes/poluentes do ar (WHO, 2017).

Para tanto, estabelece recomendações quanto à adoção de normas e padrões, articula e coordena o avanço do conhecimento científico sobre as causas e os efeitos dos problemas de saúde, provê suporte técnico para os países e monitora e acompanha as mudanças das condições de saúde no mundo (WHO e UNICEF, 2011).

As trocas gasosas entre os seres vivos e a atmosfera são fundamentais para a manutenção da vida, assim como também para o equilíbrio físico-químico existente entre os compartimentos que compõem um ecossistema (FELLENBERG, 1980). Estas trocas são dinâmicas e qualquer mudança na qualidade da composição atmosférica pode causar efeitos negativos sobre os seres vivos, podendo comprometer a perenidade da Biosfera como a conhecemos. Assim, problemas de saúde pública e desaparecimento de áreas florestais, ou mesmo as mudanças climáticas, têm implicações ou são oriundas das mudanças na constituição atmosférica, a qual tem sofrido um aporte muito grande de substâncias químicas geradas pelas atividades antropogênicas, as quais vem se somar às quantidades geradas pelos processos naturais (BARCELLOS et al., 2009).

De maneira diretamente proporcional a esta problemática é essencial que aumente também o número de informações e estratégias de monitoramento e controle da poluição atmosférica.

A qualidade do ar em áreas urbanas e industriais tende a apresentar concentrações de poluentes acima dos limites estipulados legalmente, sem que haja um sistema abrangente de monitoramento. Estes, quando presentes, geralmente são métodos físico-químicos de elevado custo de implantação e manutenção. Uma

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alternativa para complementar estes sistemas instrumentais é o biomonitoramento com espécies vegetais, os chamados fitotestes (AQUINO et al., 2011).

Os vegetais têm exercido papel importante no desenvolvimento humano, tanto no aspecto paisagístico, quanto econômico ou medicinal, além, obviamente, do papel ecológico que desempenham. Em tempos mais recentes, a espécie humana também tem se servido dos vegetais para avaliar a qualidade ambiental de diversos compartimentos, seja através do estudo dos vegetais em regiões fracamente contaminadas, seja através dos estudos de regiões claramente impactadas pela má qualidade do ar. Exemplos mais recentes do uso dos vegetais para avaliar a qualidade do ar ambiental são os programas EuroBionet realizado em conjunto por 8 países europeus, bem como o Programa de Biomonitoramento do Ozônio realizado pelo USDA - Forest Service's/Forest Inventory and Analysis (FIA) (PEDROSO, 2007).

1.1.1 Qualidade do ar ambiente e legislação ambiental

As promulgações de leis específicas para poluição do ar foram instituídas após alguns acidentes ambientais, como o de Donora, na Pensilvânia, em 1948 e em Londres, na Inglaterra, em 1952. Após estes ocorridos, o Governo Federal dos EUA e da Inglaterra impuseram o controle de poluição do ar através de atos legislativos. Nos EUA a primeira lei federal para poluição do ar foi em 1955 e implantou um programa de pesquisa para investigação dos efeitos da poluição do ar na saúde e bem-estar da população.Com base nesses estudos científicos, critérios de qualidade do ar foram definidos, levando à Lei do Ar Limpo dos EUA de 1963, que foi um marco para a implementação do controle da poluição atmosférica nacional.

Em 1972 foi realizada a Conferência de Estocolmo, um evento realizado pela ONU para tratar das questões ambientais. Esse encontro estimulou a publicação das primeiras leis ambientais em diversos países, que visavam entre outras esferas, ter um controle sobre a qualidade do ar (NASCIMENTO, 2012).

Na sociedade industrializada de hoje, um fluxo de compostos químicos, como: Dióxido de enxofre (SO)2, Dióxido de Nitrogênio (NO2), Dióxido de Carbono (CO2),

Amônia (NH3), Material Particulado (MP) e metais traço, são levados para a

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combustíveis fósseis. Todos estes compostos químicos podem, a curto ou longo prazo, ser prejudiciais para a saúde humana, biota e em termos gerais, afetar a qualidade do solo e do ar (ALMEIDA et al. 2017).

As legislações ambientais voltadas à qualidade do ar dispõem sobre os critérios para o controle da qualidade do ar através do estabelecimento de limites máximos de lançamento de componentes atmosféricos por fontes fixas. Para atender a estes critérios, as fontes emissoras devem, periodicamente, estabelecer procedimentos para monitorar e medir suas emissões (DOZENA, 2000).

A União Europeia estabeleceu os valores-limite da qualidade do ar para os poluentes atmosféricos mais comuns, a fim de proteger a saúde humana e os ecossistemas, visando quantificar a concentração de poluentes atmosféricos e determinar se os valores-limite são excedidos. As concentrações de SO2, NO2, O3 e

MP10 são utilizadas para construir um índice de qualidade do ar, que varia de 1

(excelente) a 10 (péssima). Isto é apenas uma avaliação qualitativa da qualidade do ar, já que as interações sinérgicas ou antagônicas entre os poluentes atmosféricos não são levadas em conta (CALZONI et al. 2007).

Nos Estados Unidos, cada Estado é obrigado a ter seu próprio plano de controle da poluição do ar - State Implementation Plan (SIP), elaborando os programas e ações a serem implementados em cada uma das áreas segundo as necessidades. Deve ser salientado que a classificação dessas áreas define exigências específicas para os Planos Estaduais, crescendo em complexidade e rigor nos locais problemáticos, dado o nível maior de contaminação atmosférica (GOVERNO DO DISTRITO FEDERAL, 2012).

No Canadá, cada nível de governo (do municipal ao federal) tem poderes para proteger o ambiente. Esta natureza compartilhada de jurisdição ambiental torna estreita a cooperação entre os governos federal, provinciais, territoriais e aborígenes importantes para o bem-estar ambiental do Canadá, inclusive a respeito da poluição do ar (CEPA, 2015).

No Brasil os padrões de qualidade do ar encontram respaldo legal tanto na Constituição Federal de 1988 como na legislação decorrente, a Lei 6.938/81 que delimita os objetivos, princípios e instrumentos da Política Nacional do Meio Ambiente (BRASIL, 1988).

Os padrões de qualidade do ar no Brasil foram estabelecidos pela Resolução CONAMA nº 03/1990 e alterados pela Resolução CONAMA nº 491/2018, são

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divididos em padrões primários e metas de médio prazo que as declaram necessárias para proteger a saúde humana e o ambiente (DOZENA, 2000).

A Lei 6.938/81 respaldou a elaboração do Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar-PRONAR, instituído por meio da Resolução 05/89 do CONAMA. Tal Programa tem o objetivo de permitir o desenvolvimento econômico e social do país de forma ambientalmente segura, pela limitação dos níveis de emissão de poluentes por fontes de poluição atmosférica, com vistas à melhora da qualidade do ar, ao atendimento dos padrões estabelecidos e o não comprometimento da qualidade do ar nas áreas consideradas não degradadas.

A Resolução do CONAMA Nº 436/2011 complementa as Resoluções nº 05/1989 e nº 382/2006, estabelecendo limites máximos de emissões para todas as áreas. Cabe aos Estados determinar limites de emissão mais restritivos que os estabelecidos nesta Resolução onde, a seu critério, o gerenciamento da qualidade do ar assim o exigir (CONAMA, 2011; 2018).

No Brasil foram criados programas responsáveis pela fiscalização e controle da poluição veicular, são eles o PRONAR, o PROCONVE, o PROMOT e o apoio aos estados para elaboração dos planos de controle da Poluição Veicular – PCPV, com o objetivo de reduzir os níveis de emissão veicular propondo limites máximos de emissão de gases (MINISTERIO DO MEIO AMBIENTE, 2018).

A Resolução CONAMA nº 491/18, sucessora da Resolução CONAMA nº 03/90, dispõe sobre os novos padrões de qualidade do ar, considerando como referência os recomendados pela Organização Mundial da Saúde – OMS em 2005, e estabelece os padrões de qualidade primários e secundários, estabelecidos pela Resolução CONAMA nº 05/89. A nova resolução passou a ser mais restritiva, agregou novos padrões e poluentes a serem monitorados, já empregados há bastante tempo em países da Europa e nos Estados Unidos, como o material particulado (PM10 e PM2.5) (art. 2º, VII e VIII) e o chumbo (Pb), estabelecendo também, padrões de qualidade do ar intermediários, definidos em valores temporários a serem cumpridos por etapas, e um padrão final, o qual é um valor guia definido pela OMS em 2005.

A primeira etapa entrou em vigor a partir da publicação (21/11/2018) da Resolução e compreende os Padrões de Qualidade do Ar Intermediários – PI-1. Por conseguinte, os Padrões de Qualidade do Ar Intermediários e Final – PI-2, PI-3 e PF, serão adotados, cada um, subsequentemente, levando em consideração os

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Planos de Controle de Emissões Atmosféricas (“PCEA”) e os Relatórios de Avaliação de Qualidade do Ar (“RAQA”), elaborados pelos órgãos estaduais e distritais de meio ambiente. A nova Resolução altera a antiga em alguns pontos, acrescentando dois novos poluentes – Partículas de Até 2,5 μm (MP2,5) e Chumbo

(Pb) (Figura 1).

Figura 1 – Comparação dos padrões de qualidade do ar da Resolução vigente 491/2018 com a antecessora, Resolução 03/1990.

Fonte: CONAMA, 1990; 2018.

Conforme demonstra experiência internacional e preconiza a legislação brasileira referente ao gerenciamento da qualidade do ar, a aplicação dos padrões deve ser acompanhada por um sistema de monitoramento e por outros instrumentos, tais como inventários de fontes e medidas de controle e

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gerenciamento das fontes de poluição. Do contrário, se considerada isoladamente, revela-se inócua e sem efeitos concretos sobre a melhoria da qualidade ambiental e das condições da saúde pública. No caso do Brasil, tais fatos indicam que ainda há um longo caminho a ser percorrido, e urgente, para atender o monitoramento da qualidade do ar no país (DOZENA, 2000).

1.1.2 Fontes de emissões gasosas para a atmosfera

A partir da Revolução Industrial a poluição atmosférica começou a ser considerado como um problema diretamente relacionado à questão da saúde pública, pois nessa época começaram a serem adotados processos ligados à queima de carvão, lenha e, posteriormente, óleo combustível (CAMPOS e MARQUES, 2016).

As fontes de poluição do ar podem ser divididas em fontes biogênicas por exemplo, árvores emitem compostos orgânicos voláteis (VOC), fontes geogênicas (por exemplo, radionuclídeos de minerais do solo radioativo), fontes vulcânicas que emitem material particulado (PM) e ainda, fontes geradas por seres humanos ou antropogênicas, que são divididas em fontes móveis e estacionárias (ARTAXO et al., 2014).

Fontes móveis da poluição atmosférica antropogênica incluem a maioria das formas de transporte, como automóveis, caminhões, navios e aviões, enquanto fontes estacionárias ou fontes pontuais de poluição atmosférica antropogênica consistem, como termoelétricas, refinarias de petróleo e outras instalações industriais (BRASIL, 2014). Mais especificamente, a poluição urbana é geralmente composta de material particulado grosso e fino de pó mineral, dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx), amônia (NH3), compostos orgânicos voláteis

(COVs) e carbono (fuligem). O SO2, amônia e óxidos de nitrogênio são precursores

do ácido sulfúrico, ácido sulfídrico, bissulfato de amônio, sulfato de amônio e partículas de nitrato de amônio que constituem, frequentemente, o PM2.5 e PM10

(MIRANDA; TOMAZ, 2008).

Do ponto de vista reacional, os poluentes atmosféricos são classificados como poluentes primários ou secundários. Um poluente primário é aquele que é emitido para a atmosfera diretamente da fonte do poluente e retém a mesma forma química, como o CO ou metais. Um poluente secundário é aquele que participa de

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reações químicas, se transformando em outra substância como o dióxido de enxofre (SO2), dióxido de nitrogênio (NO2), dióxido de carbono (CO2) e amônia (NH3)

(GALVÃO-FILHO, 1990).

Em ambientes urbanos, a exaustão dos carros a Diesel é uma importante fonte de partículas de diferentes magnitudes de tamanho e essas partículas podem ser provenientes do desgaste mecânico e dos processos de ressuspensão do solo pela movimentação das rodas. O material particulado emitido pelos veículos contém uma variedade de espécies orgânicas e inorgânicas. Assim, a queima de Diesel pode emitir partículas de material parcialmente queimado (i.e., fuligem), matéria orgânica do combustível e do óleo lubrificante (i.e., COVs), sulfatos, mercaptanas, óxidos metálicos, e compostos reduzidos de enxofre (CORRÊA; ARBILLA, 2008).

A Figura 2 mostra a evolução da frota estimada de veículos comerciais leves por tipo de combustível e indica que há uma parcela considerável de veículos do ciclo Diesel, representava 27% da frota desta categoria de veículos em 2012 (BRASIL, 2014).

Figura 2 - Evolução da frota estimada de veículos comerciais leves por tipo de combustível.

Fonte: Brasil (2014).

A Figura 3 também indica a o crescimento de veículos pesados (ônibus e caminhões). Pode-se observar que, em 2012, os mesmos já totalizavam quase 2 milhões. Assim, de acordo com a Figura 3, os caminhões pesados representaram 19% da frota, semipesados 23%, médios 1%, leves 22%, semi-leves 4%, ônibus urbanos 13%, rodoviários 2% e micro-ônibus 4%. Ainda na mesma figura, vale

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destacar na evolução histórica dessa frota, o surgimento dos caminhões pesados no final de década de 80, que tiveram uma expansão constante especialmente entre 2008 e 2012, em contraponto, a um menor crescimento da frota de caminhões médios nos últimos anos.

Figura 3 - Evolução da frota estimada de veículos pesados por categorias.

A Figura 4 apresenta um gráfico sobre a expressiva participação do Diesel nas emissões de NOx. Ao longo de todo o período de cobertura do Inventário, as emissões oriundas desse combustível constituíram as fontes preponderantes desse poluente, sendo que em 2012 responderam por 91%, contra 7% da gasolina, 1% do etanol hidratado e 1% decorrente do GNV. No Brasil, as emissões estão, portanto, concentradas nos veículos transportadores de carga, em contrapartida à menor contribuição da parcela oriunda do transporte de passageiros (BRASIL, 2014). Ainda não se dispõe de dados oficiais acerca das porcentagens de utilização do óleo S10 (10 ppm de Enxofre no Diesel) ou do uso do aditivo ARLA (Agente Redutor Líquido de Óxido de Nitrogênio Automotivo), cujos usos acarretam diminuição na emissão de SO2 e NOx.

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Figura 4 - Emissões de NOx por combustão por tipo de combustível.

1.1.3 Qualidade do ar e estresse oxidativo em vegetais

Os impactos da poluição atmosférica sobre os ecossistemas merecem atenção, pois a deposição dos poluentes atmosféricos nas plantas pode levar à redução da sua capacidade de fotossíntese, provocando, por exemplo, queda da produtividade agrícola. A acidicação das águas da chuva e da poeira contaminando os recursos hídricos, os biomas aquáticos e o solo, também são uma consequência da introdução antrópica dos poluentes na atmosfera (SANTANA et al., 2012).

No Brasil estudos pioneiros sobre poluição atmosférica foram na região de Cubatão/SP. Quando os primeiros estudos foram realizados nesse polo industrial, ele possuía um cenário crítico, pois os poluentes eram emanados pelas chaminés (material particulado, fluoretos, amônia, óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos, dióxido de enxofre, entre outros) e eram carreados pelos ventos que sopram em direção ao continente e acabam por encontrar a barreira física representada pela Serra do Mar. Essa barreira promove a condensação da água evaporada do mar que, por sua vez, se precipita na região como chuva ácida, ainda carregada de elementos particulados e outros que estavam em suspensão na atmosfera (AB’SABER, 1987). Porém, só em 1988, alguns anos após serem percebidos os primeiros impactos à vegetação é que as autoridades competentes passaram a desenvolver estudos no local (MAZZONI-VIVEIROS; TRUFEM, 2004).

Como os poluentes atmosféricos podem causar danos à vegetação, especialmente nas características morfológicas e fisiológicas das plantas, muitos

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pesquisadores propuseram a realização de biomonitoramento vegetal, juntamente com os instrumentos usualmente utilizados na quantificação desses poluentes, como um novo instrumento de monitoramento e controle da qualidade do ar em espaços urbanos (CARNEIRO et al., 2009). Nesse contexto, os poluentes atmosféricos dão origem a diversos problemas, como por exemplo, a limitação da penetração da luz em uma planta, seja deposição de partículas presentes nos folíolos e a interferência das partículas que se mantém em suspensão. Os poluentes também prejudicam o solo, que juntamente com as chuvas, acabam penetrando pelas raízes da vegetação e alterando as condições físico-químicas do solo, além da própria invasão de seus estômatos na parte foliar. Os efeitos na vegetação, sejam visíveis ou não, acarretam consequências notáveis no tecido foliar, como alterações de suas cores normais e crescimento, além de colapso total (i.e., necrose) (LISBOA, 2007).

A absorção de poluentes atmosféricos pode induzir a formação de espécies reativas do oxigênio (ERO) na interface da parede celular. As EROs podem promover a destruição oxidativa de lipídeos e proteínas da membrana plasmática e a produção em cadeia de outros radicais livres e outros intermediários reativos, em um processo denominado de peroxidação lipídica (PELLINEN et al., 1999; PUCKETTE et al., 2007), a menos que as plantas sejam eficientes no mecanismo de destruição das EROs ou de reparar os danos causados pelas EROs. Cabe ressaltar que as EROs também são produzidas nos processos fisiológicos normais da célula vegetal como a fotossíntese, respiração e nas cadeias de transporte de cloroplastos e mitocôndrias, entretanto, as EROs podem ser resultantes da presença de poluentes no ambiente celular. Nestes casos, as plantas possuem uma defesa e produzem várias enzimas e outros compostos não enzimáticos que as protegem contra as EROs e assim, controlam o nível de efeitos nefastos (MITTLER et al., 2004).

Diversos estudos de monitoramento atmosférico utilizando espécies vegetais, já foram realizados no Brasil: Bündchen (2001) com Araucaria angustifolia (Bertol.) (Araucariaceae), Mazzoni-Viveiros e Trufem (2004) com Tibouchina pulchra Cogn. (Melastomataceae) e por Alves et al. (2008) com Eugenia uniflora L. (Myrtaceae) e Melo Jr. et al. (2014) com Tibouchina granulosa (Desr.) Cogn. (Melastomataceae).

Melo Jr. et al. (2014) afirmam que os poluentes químicos são uma ameaça às plantas, dando destaque ao NO2 e o SO2, pois, esses gases geram compostos

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SO2 acaba se oxidando e se tornando SO3, dando origem ao ácido sulfúrico em

contato com a água (Reação 1).

SO3 + H2O ↔HSO4- + H+ Reação (1)

Esses ácidos são considerados ácidos fortes e acabam gerando danos visíveis nas folhas além de dificultar o brotamento e o desenvolvimento de novas mudas, pois, quando há o contato com solo acaba reduzindo o pH do mesmo (SCHIRMER, 2009), o que pode alterar todo o ecossistema terrestre.

1.1.4 Indicadores fitológicos da qualidade do ar

O uso de biotestes na avaliação da toxicidade de uma amostra é muito importante, tanto do ponto de vista legal quanto ecológico, pois muitas vezes, a determinação química das substâncias encontradas em uma determinada amostra não é suficiente para dar as informações a respeito dos seus efeitos em organismos vivos (CALOW e SIBLY, 1990; PFLEEGER et al., 1991).

Os métodos envolvendo biotestes, combinados com metodologia química, permitem a identificação e avaliação dos efeitos tóxicos das substâncias químicas nos organismos vivos (CALOW, 1989; HOFFMAN, 2003), sendo que os efeitos dos contaminantes/poluentes na matéria viva se traduzem, mais cedo ou mais tarde, na variação da biomassa (CALOW e SIBLY, 1990). Assim, os sistemas vivos, respondem de forma integrada, com reações específicas a todas as intervenções e perturbações diretas ou indiretas causadas por substâncias nocivas que podem alterar suas biomassas (ENDRESS et al., 1980; GASPAR et al., 1982), o que tem por consequência possíveis mudanças na estrutura e no funcionamento dos ecossistemas (CALOW e SIBLY, 1990).

Um desafio permanente na área da Ecotoxicologia é o desenvolvimento de métodos que possam não só avaliar o impacto das substâncias químicas em uma grande variedade de ecossistemas complexos, como também predizer/estimar o efeito ecológico potencial destas substâncias em circunstâncias diversas, pois muitas vezes, não só substâncias químicas provocam respostas fisiológicas, visto que mudanças climáticas/meteorológicas também podem afetar a fisiologia dos organismos (ERNST e PETERSON, 1994; BAIRD e ALLEN BURTON Jr., 2001).

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Existem várias estratégias para controlar a poluição atmosférica, mas a vegetação proporciona uma das melhores maneiras naturais de limpar a atmosfera, fornecendo uma área foliar enorme de interação, podendo ocorrer a absorção e acumulação de poluentes nas superfícies foliares (ESCOBEDO et al., 2008).

Para ilustrar a aplicabilidade do uso de vegetais em estudos ambientais, cita-se a seguir alguns estudos desenvolvidos recentemente no Brasil. Em São Paulo, estudos mostraram que a porcentagem da área da folha de Nicotiana tabacum ‘BelW3’ afetada pela necrose não foi estritamente relacionada com a concentração de contaminantes atmosféricos e que as condições meteorológicas também afetaram a fisiologia da espécie vegetal (SANT’ANNA et al., 2008), enquanto que outros estudos relacionam problemas de saúde pública (incluindo riscos genotóxicos) com a qualidade do ar (SANTOS et al., 2008; SAVÓIA et al., 2009).

Contudo, o compartimento atmosférico é pouco contemplado nos estudos ecotoxicológicos, mas já existe conhecimento bem detalhado de como os vegetais podem ajudar na avaliação do impacto ambiental causado pelos contaminantes/poluentes atmosféricos. Assim, de acordo com De Temmerman et al. (2015), os principais atributos que as plantas apresentam para serem usadas como organismos bioindicadores são:

- As plantas apresentam uma resposta integrada ao ambiente contaminado/poluído, fornecendo informações até sobre a potência de misturas poluentes complexas, reagindo apenas à parte efetiva de uma dada variação da situação de poluição.

- As plantas reagem a uma carga de poluição do ar ambiente (muitas vezes com um padrão fortemente flutuante) com uma reação verificável, enquanto a modelagem de efeitos de dose processa informações com um grau muito menor de confiança devido a distribuição aleatória de contaminantes/poluentes no tempo e no espaço.

- Diferentes níveis de organização da planta podem ser usados para biomonitoramento, desde a única planta (folha ou até mesmo célula vegetal) até a associação de plantas e o ecossistema.

- Alguns contaminantes/poluentes do ar têm concentrações ambientais muito baixas e são difíceis de medir de forma precisa com métodos físicos e químicos. As plantas podem acumular esses poluentes em um nível mais fácil de analisar.

- Os efeitos são expressos em espécies de plantas sensíveis como dano visível (lesão foliar ou mudanças no hábito) e em espécies menos sensíveis (até mesmo espécies tolerantes à poluição); ambos fornecem uma ferramenta importante para reconhecer os efeitos da contaminação/poluição do ar (tornando visível a invisibilidade).

Assim, as plantas têm o potencial de servir como excelentes indicadores quantitativos e qualitativos de contaminação/poluição. Em 1983, os pesquisadores Singh e Rao elaboram um Índice de Tolerância à Poluição do Ar (em inglês “Air Pollution Tolerance Index (APTI)”) e de acordo com estes autores, um parâmetro sozinho pode não proporcionar uma imagem clara da situação. Por este motivo, após cuidadosa

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consideração da fisiologia das plantas, a contribuição de ácido ascórbico, clorofila, teor relativo de água e o pH do extrato da folha poderiam ser levados em consideração no APTI. Assim, os autores computaram estes parâmetros juntos em uma formulação para obter um valor empírico (SINGH; RAO, 1983). Este índice foi calculado usando a equação:

APTI = [𝐴 𝑇 + 𝑃) + 𝑅 10 onde A: ácido ascórbico (mg g-1 FW),

T: clorofila total (mg g-1_FW),

P: pH do extrato foliar,

R: teor relativo de água das folhas (%).

Todos estes parâmetros bioquímicos que são analisados para o APTI desempenham papel significativo para determinar a resistividade e susceptibilidade das espécies vegetais frente à contaminação/poluição (SINGH et al., 1991). Entretanto, foi um índice elaborado com espécies vegetais comuns naquele país (Índia), adaptadas àquelas condições ambientais.

Desta forma, com relação às espécies de plantas que podem ser usadas para fins de monitoramento da qualidade do ar, o presente projeto focou na sensibilidade de algumas plantas comuns das regiões brasileiras, pois as respostas podem ser diferenciadas em cada espécie vegetal, tanto no aspecto temporal, quanto fisiológico (ESTEVES, 1998). Assim, a resposta bioquímica antecipada das plantas frente aos contaminantes/poluentes pode ser usada para a avaliação da qualidade do ar, sendo que estas respostas podem ser diferenciadas para cada espécie de planta e para cada tipo de contaminante da atmosfera (DE TEMMERMAN et al., 2004).

Dentre os parâmetros que podem ser testados como indicadores do estado fisiológico das plantas estão a biomassa, o conteúdo de proteínas e enzimas, o pH e a hidratação das folhas (KLUMPP et al., 2000; JOSHI et al., 2007). Cita-se como exemplo de enzima passível de ser usada como agente de monitoramento de exposição aos contaminantes do ar a Peroxidase. As Peroxidases (POD - E.C. 1.11.1.7) são um grupo de enzimas capazes de catalisar a transferência do hidrogênio de um doador para H20.

Em plantas, a ação constitui numa proteção antioxidativa. Estas enzimas têm sido quantificadas durante a germinação de sementes, assim como nos estágios de crescimento (GASPAR et al., 1982). As atividades das POD durante o crescimento e

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desenvolvimento se relacionam com alterações na atividade em resposta à estresse físico, químico e biológico (LIMA et al., 1997).

Com relação aos outros parâmetros, todos estão relacionados, direta ou indiretamente, com a função dos estômatos, os quais são os primeiros sítios a serem afetados pelos gases, perturbando assim, o controle hídrico das folhas que acabam por perturbar todo o funcionamento celular (GASPAR et al., 1982).

Nas plantas, a poluição atmosférica pode ser responsável por sérias injúrias, causando-lhes alterações estruturais e funcionais. A remoção das espécies reativas do oxigênio (EROs) é realizada por diversos antioxidantes moleculares e enzimáticos, os quais podem atuar em conjunto, num ciclo conhecido como sistema antioxidante. Este ciclo é iniciado pela remoção da ER ânion superóxido (O2*-) pela

classe de isoenzimas superóxido dismutase (SOD) antes que o radical livre cause danos severos às estruturas celulares. A SOD é uma família de metaloproteínas que, em vegetais, estão inseridas em diversas organelas e compartimentos celulares: manganês SOD (MnSOD), ferroSOD (FeSOD) e cobre/zincoSOD (Cu/ZnSOD). Por sua ação e abrangência, sua atividade é considerada um importante fator de tolerância ao estresse oxidativo. A Catalase e a Peroxidase têm a função de decompor o peróxido de hidrogênio, espécie precursora na formação de muitos radicais livres. O sistema antioxidante não enzimático está também sempre atuante e envolve várias vitaminas e moléculas com alto grau de insaturações (e.g., carotenoides e licopenos). Assim, o acompanhamento regular de certos parâmetros da fisiologia e/ou da bioquímica das plantas pode indicar a poluição do ar (SUBRAMANI e DEVAANANDAN, 2015).

As lesões visíveis nas folhas (e.g., clorose e necrose) são bastante específicas para alguns poluentes e, em muitos casos, a intensidade do efeito pode ser medida. No entanto, deve-se ter cautela, pois em alguns casos, poluentes diferentes produzem sintomas similares (e.g., SO2 e NO2) (TAYLOR et al., 1987). O

dano visível facilita o biomonitoramento, o qual pode ser integrado como fator avaliador em projetos de pesquisa sobre a qualidade do ar, como o EuroBionet (KLUMPP, 2002; KLUMPP et al. 2002). Outros estudos também usaram parâmetros dos vegetais para avaliar a qualidade do ar. Assim, Carneiro (2004) usou 115 espécies vegetais bioindicadoras da qualidade do ar, sendo 75 vegetais vasculares (angiospermas), 22 líquens e 15 musgos. A análise do ar indicou a presença de PTS (Partículas Totais em Suspensão), metais pesados, hidrocarbonetos, SO2 , NO2, CO,

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HF e demais fluoretos gasosos, VOCs (Compostos Orgânicos Voláteis) e MP10

(Material Particulado com Diâmetro Inferior a 10 nm). O autor observou características nas plantas como danos visíveis à olho nu nos caules, folhas, flores e frutos e também as modificações invisíveis a olho nu, tais como alterações metabólicas, fisiológicas e genéticas.

Em outro estudo, Klumpp et al. (2001) usaram o tabaco, o choupo, a Tradescantia, o azevém e a couve como bioindicadores para analisar o impacto da poluição atmosférica tanto no solo quanto no ar do ambiente estudado. Através da observação da necrose foliar, taxa de crescimento, mutações nas células-mãe de grãos de pólen e o acúmulo de metais pesados e de hidrocarbonetos puderam ter resultados concretos sobre os efeitos do ozônio, metais traço (Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn), substâncias genotóxicas e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos nos vegetais testados.

Em termos de contaminação/poluição atmosférica, os contaminantes são variados, mas os que aparecem em maiores concentrações geralmente são os óxidos ácidos provenientes da combustão de compostos orgânicos (e.g., SO2 e NO2)

e o ozônio (O3) proveniente de reações radicalares entre poluentes e oxigênio

molecular promovidas pelos raios Ultravioletas (FELLENBERG, 1980).

Assim, do conhecimento da literatura, a responsabilidade dos efeitos fitotóxicos no presente estudo deve ser dos gases SO2 e NO2, os quais são

apresentados brevemente a seguir.

Altas concentrações de dióxido de enxofre podem causar danos agudos na forma de necrose foliar, mesmo após uma exposição de duração relativamente curta (LINZON, 1972; PUCKETT et al., 1973). No entanto, tais efeitos são muito menos importantes do que as lesões crônicas, as quais resultam da exposição por longo prazo a concentrações muito mais baixas do gás e é essencialmente de natureza cumulativa, assumindo a forma de crescimento e rendimento reduzidos e aumento da senescência, muitas vezes sem sintomas visíveis claros ou somente com algum grau de clorose (LINZON, 1972). Os efeitos de uma determinada dose de dióxido de enxofre podem ser modificados de acordo com as condições ambientais. Por outro lado, o dióxido de enxofre também pode modificar a resposta das plantas a outros estresses ambientais, tanto bióticos como abióticos, muitas vezes exacerbando seus impactos adversos (WHO, 2006; AHMED, 2007).

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Com relação ao NO2, a fitotoxicidade dos óxidos nítricos está mais

provavelmente relacionada com a ineficiência na redução do nitrato (NO3-), o qual é

muito importante para as plantas (WHO, 2006) . A interrupção do metabolismo celular ocorre como um efeito do pH mais baixo do citoplasma, acarretando distúrbios ou rupturas no transporte de íons. Os ácidos nitroso (HNO2) e nítrico

(HNO3) são formados no interior da célula a partir de óxido nítrico (NO) absorvido e

metabolizado (HU e SUN, 2010). Estas espécies químicas podem danificar membranas biológicas e cloroplastos, bem como causar degradação da clorofila. A influência indireta de óxidos nítricos inclui a acidificação da água, resultando no desequilíbrio da absorção de nutrientes pelas plantas, causando vários tipos de danos.

Condições de luz solar favoráveis causam abertura maior dos estômatos foliares, o que aumenta a intensidade de penetração dos óxidos no interior das folhas. Este processo intensifica nas condições de alta umidade, pois a abertura dos estômatos é maior e também porque os óxidos ácidos vão gerar mais ácidos HNO3 e

HNO2. De um lado, a presença do Nitrogênio na planta pode aumentar eficiência

fotossintética e, portanto, impulsionar o crescimento da biomassa vegetal. Do outro lado, alta deposição de Nitrogênio reduz a taxa de respiração, acelera a saturação de Nitrogênio em áreas que já possuem grandes quantidades de Nitrogênio no solo, como também diminui a absorção de Nitrogênio em raízes pequenas (WHO, 2006).

1.1.5 Arborização urbana

As plantas têm como um de seus serviços ambientais atuar como via de escoamento e filtro que minimiza a contaminação/poluição do ar por meio da absorção, adsorção, acumulação e/ou metabolização, mas evitando o sofrimento de danos ou declínios foliares graves em seu crescimento, o que acarreta melhorias na qualidade do ar (SIRAJUDDIN et al., 2012). Em sentido filosófico, elas se sujam para limpar o ar que foi sujo pelos humanos ou por fenômenos naturais.

Assim, a vegetação urbana desempenha funções essenciais nos centros urbanos, pois, além de limpar o ar elas tem a capacidade de produzir sombra; abafar ruídos, amenizando a poluição sonora; melhora a qualidade do ar pelo aumento do teor de oxigênio e de umidade, além de absorver o gás carbônico; ameniza a temperatura, serve de suporte ecológico para pássaros, entre outros aspectos.