Cláudio André da Silva Pinto
Coberturas verdes como biossistemas
tecnológicos para espaços urbanos –
estudo de caso e estudos à escala
laboratorial
Dissertação de Mestrado
Mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e
Bioempreendedorismo em Plantas
Trabalho efetuado sob a orientação de
Professora Doutora Isabel Aguiar Pinto Mina
e
Doutora Maria Cristina Sousa Coutinho de
Calheiros e Menezes de Noronha Madureira
Declaração
Nome:
Cláudio André da Silva Pinto
Endereço eletrónico: [email protected] Número do Cartão de Cidadão: 14411103
Título da dissertação:
Coberturas verdes como biossistemas tecnológicos para espaços urbanos – estudo de caso e estudos à escala laboratorial
Orientador (es):
Isabel Aguiar Pinto Mina (Professora auxiliar) - Departamento de Biologia, Escola de Ciências da Universidade do Minho (DB-ECUM) e Maria Cristina Sousa Coutinho de Calheiros e Menezes de Noronha Madureira (Investigadora Científica) – Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental Universidade do Porto (CIMAR/CIIMAR); Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV). Designação do Mestrado:
Mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e Bioempreendedorismo em Plantas
É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA TESE/TRABALHO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE.
O desenvolvimento deste trabalho não seria possível sem a colaboração diversas pessoas, às quais quero expressar o meu reconhecimento e os mais sinceros agradecimentos.
Gostaria de agradecer em primeiro lugar a orientadora, Professora Isabel Aguiar Pinto Mina por toda ajuda, apoio incansável, compreensão e motivação em todas as fases do desenvolvimento desta dissertação de mestrado, e principalmente agradecer pelo conhecimento que me transmitiu. Sem a sua ajuda não teria sido possível iniciar e terminar esta etapa académica.
Queria também expressar a minha especial gratidão à coorientadora, Doutora Cristina Calheiros por toda a disponibilidade e simpatia, e por todas as sugestões e orientações na realização desta dissertação.
Ao Eng. Paulo Palha, CEO da empresa Neoturf e Presidente da Associação Nacional de Coberturas Verdes (ANCV), pela preciosa ajuda, pela disponibilidade e por todo o apoio técnico necessário. Também pelo fornecimento de substrato e ajuda na obtenção plantas.
Ao Professor Fernando Castro, pelo fornecimento de substratos e resíduos, que permitiram a permitir a realização deste trabalho.
Ao Eng. Joaquim Moreira proprietário da cobertura extensiva por permitir e possibilitar a realização das campanhas de amostragem
Por fim gostaria de agradecer à minha família e amigos que sempre demonstraram o seu apoio incentivo durante esta etapa da minha vida.
Resumo
As coberturas verdes são uma tendência cada vez maior em áreas urbanas pois oferecem serviços inquestionáveis. Os benefícios oferecidos estão relacionados com o funcionamento destes ecossistemas que depende principalmente, das espécies de plantas selecionadas, dos substratos que as suportam e das biocenoses da rizosfera.
O desenvolvimento e capacidade de cobertura de Sedum album (Sa), Armeria maritima (Am) e Rosmarinus officinalis var. prostratus (Rp) foi avaliado em ensaios realizados em microcosmo e em mesocosmo, que seguiram a estrutura de uma cobertura verde extensiva.
Em microcosmos com um substrato técnico (T), as plantas não apresentaram diferenças no crescimento se regadas ou não durante um mês. O efeito no desempenho de Sa em diferentes substratos: escórias da indústria metalúrgica (R), argila expandida e solo vegetal (P), P suplementado com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e P com 10% de escórias de ferro (PFe), não foi muito relevante.
As espécies acima referidas foram plantadas conjuntamente em mesocosmos, nos substratos T, R e P. Sem rega artificial durante 8 meses (fev - out), todas as plantas evidenciaram resistir ao stress hídrico em qualquer dos substratos. Contudo, Sa no substrato T evidenciou melhor performance. Apesar disso a utilização de resíduos metalúrgicos neste tipo de substratos, mostra potencialidade que precisa de confirmação.
As biocenoses de eucariotas analisadas por microscopia ótica em suspensões de amostras de substrato de todas as condições experimentais evidenciaram sempre uma grande abundância de protistas (>80-90%), sobretudo ciliados e amebas com teca.
No estudo de caso realizado numa cobertura verde extensiva, amostras recolhidas na rizosfera de 4 espécies de plantas, incluindo Sa e Am, apresentaram similar abundância relativa (%) de protistas e metazoários, mas maior diversidade do que nos ensaios em microcosmo e mesocosmo. Estudos mais aprofundados sobre o papel das biocenoses de eucariotas poderão confirmar a sua utilidade como bioindicadores da performance de coberturas verdes.
Abstract
Green roofs are a growing trend in urban areas as they offer unquestionable benefits. The benefits offered are related to the functioning of these ecosystems, which depends mainly on the species of plants selected, the substrates that will support them and the rhizosphere’ biocenosis.
The development and coverage of Sedum album (Sa), Armeria maritima (Am) and Rosmarinus officinalis var. Prostratus (Rp) was evaluated in microcosm and mesocosm, following the structure of an extensive green roof.
In microcosms with a technical substrate (T), the plants showed no differences in growth whether irrigated or not for one month. The effect on the performance of Sa in different substrates: slag from the metallurgical industry (R), expanded clay and vegetal soil (P), P supplemented with 2% aluminum hydroxide (PLAA) and P with 10% iron slag (PFe), was not very relevant.
The above species were planted together in mesocosms, on substrates T, R and P. Without artificial irrigation for 8 months (Feb - Oct), all plants resisted to water stress in any of the substrates, however Sa in substrate T showed better performance. Nevertheless, the use of metallurgical residues in this type of substrates shows potentiality that needs confirmation.
The eukaryotic biocenosis analyzed by optical microscopy in suspended substrate samples from all experimental conditions, always showed a great abundance of protists (> 80-90%), mainly ciliates and testate amoebas.
In the case study in an extensive green cover, where samples collected in the rhizosphere of 4 plant species, including Sa and Am, presented similar relative abundance (%) of protists and metazoa but greater diversity. Further studies on the role of these biocenosis’ organisms may confirm their utility as green roofs performance’ bioindicators.
Índice
Agradecimentos... iii
Resumo ... v
Abstract ... vii
Lista de figuras ... xi
Lista de tabelas ... xvii
Capítulo I Introdução
1.
Breve história das coberturas verdes ... 3
2.
Coberturas verdes: características e funcionamento ... 4
2.1. Componentes das coberturas verdes ... 5
2.2. Biodiversidade vegetal em coberturas verdes ... 18
2.3 Tipos de coberturas verdes ... 18
2.4. Benefícios das coberturas verdes ... 20
2.5. Rizosfera ... 25
3.
Organização e objetivos do trabalho ... 30
Capítulo II Materiais e Métodos
1.
Ensaios experimentais ... 35
1.1.
Ensaios em Microcosmo ... 35
1.2.
Ensaios em Mesocosmo ... 38
2.
Estudo de caso - Cobertura verde extensiva ... 40
3.
Caracterização dos substratos ... 42
5.
Monitorização do crescimento das plantas ... 45
6.
Análise microscópica de biocenoses de eucariotas ... 45
7.
Análise estatística ... 47
Capítulo III Resultados e Discussão
1.
Ensaios em Microcosmo – Primeiro período experimental ... 51
2.
Ensaios em Microcosmo - Segundo período experimental ... 58
3.
Ensaios em Mesocosmo ... 64
4.
Estudo caso - cobertura extensiva ... 73
Capítulo IV Conclusão e Considerações finais
Conclusão e Considerações finais ... 83
Capítulo V Referências bibliográficas
Referências bibliográficas ... 89
Capítulo VI - Anexos
Anexo 1 ... 97
Anexo 2 ... 97
Anexo 3 ... 98
Anexo 4 ... 98
Anexo 5 ... 100
Anexo 6 ... 100
Anexo 7 ... 102
Anexo 8 ... 102
Anexo 9 ... 103
Anexo 10 ... 104
Lista de figuras
Capítulo I Introdução
Figura 1: Pequena vila com coberturas relvadas “sod roofs”. cercada por montanhas - nas Ilhas Faroé, Dinamarca. Fotografia de Karine Aigner (junho 2017), National Geographic (Chase 1925) ... 3 Figura 2: Estrutura generalizada de um solo natural (a) e as diferentes camadas consideradas em coberturas verdes, segundo a empresa ZinCo (b) ... 5 Figura 3: Instalação de membranas betuminosas - sistema BUR (a); Instalação de membranas de natureza termoplástica - membranas “single-ply” (b). ... 7 Figura 4: Aplicação de membranas de impermeabilização liquida. ... 8 Figura 5: Rochas porosas de argila expandida, utilizado na camada de drenagem(a); Painel nodular de polietileno com pequenos depósitos, em forma de copo (b). (ZinCo) ... 10 Figura 6: Separação temporal da captação do CO2 e das reações fotossintéticas, que ocorrem no
metabolismo CAM (adaptado de Taiz & Zeiger 2009). ... 14 Figura 7: Sedum album plantado nos mesocomos, Braga, 2017: vários caules, com pés mais ou menos lenhosos (a) muito divididos e com raízes finas (b) com folhas sésseis alternadas; as folhas são carnudas, cilindro-ovoides (c) e podem apresentar-se manchadas de vermelho (d). ... 15 Figura 8: Armeria maritima, plantada nos mesocomos, Braga, 2017: folhas filiformes, lanceoladas, lineares e planas dispostas numa roseta basal (a); inflorescência em glomérulo (b) com brácteas involucrais lisas e de cor cobre e espaços ocos de 5 a 25 cm (c) corola de cor rosa com as pétalas soldadas na base (d) ... 16 Figura 9: Rosmarinus officinalis var prostratus. plantado nos mesocomos, Braga, 2017: arbusto que pode ter até 1,8 m, geralmente ereto (a) com folhas verde escuro, lineares, lanceoladas e enroladas para trás, de tamanho variável no mesmo ramo (b) ... 17 Figura 10: (a) Telhados de biodiversidade, criados por colonização espontânea; (b) Instalação de telhado de biodiversidade (Dunnett 2015). ... 20
Figura 11: Dimensão (comprimento) de protistas de vida livre comuns no solo, morfologia de formas
ativas e/ou quistos e afiliação filogenética (supergrupos entre parêntesis) (Geisen et al. 2017) ... 28
Figura 12: Modelo conceptual que ilustra os efeitos da microfauna no crescimento das raízes. Os exsudatos libertados pela raiz (1), estimulam o crescimento de uma comunidade bacteriana (2), que conduz ao aumento dos predadores de bactérias, tais como protozoários (3). Os protozoários (ameboides) produzem auxinas – IAA e excretam amónia favorecendo o desenvolvimento de bactérias nitrificantes (4). A liberação de moléculas de sinal, NO3 e IAA (5), induz o crescimento das raízes laterais (6), levando à liberação de mais exsudatos (7), e subsequente crescimento bacteriano (8). (adaptado de Bonkowski 2004) ... 29
Capítulo II Materiais e Métodos
Figura 13: Montagem dos microcosmos com sistema de escoamento de água ... 35Figura 14: Representação esquemática dos diferentes constituintes do sistema piloto ... 36
Figura 15: Microcosmos (à esquerda: CR; à direita: SR), LAAR – DB, UMinho, Braga, 2017 ... 36
Figura 16: Método de recolha de água dos microcosmos, com seringa ... 37
Figura 17: Distribuição uniforme de Sedum album, nos microcosmos: P3 - Padrão 3; R2 - Reciclado 2; PLAA 2 - P com adição de 2% de hidróxido de alumínio e PFe - P com com adição de 10% de escórias de ferro. ... 38
Figura 18: Instalação das diferentes camadas para coberturas verdes nos mesocosmos. ... 39
Figura 19: Local de instalação dos mesocosmos – terraço de um 1º andar em Gualtar (Braga, 2017). ... 39
Figura 20: Cobertura verde extensiva localizada junto ao mar (propriedade privada - Porto, 2017) .... 40
Figura 21: Algumas das espécies vegetais presentes na cobertura verde extensiva: (a) Rosmarinus officinalis (alecrim); (b) Thymus vulgaris (tomilho);(c) Helichrysum italicum (erva-caril) ;(d) Festuca scoparia; (e) Sedum album (arroz-dos-telhados) ;(f) Aloysia citrodora (lúcia-lima) ... 41
local onde foram instalados os microcosmos. ... 51 Figura 24: Percentagem de cobertura por Sedum album nos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR), ao longo período experimental. A percentagem de cobertura foi calculada a partir da análise de imagens digitais dos microcosmos CR e SR (n=3). As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM) ... 52 Figura 25: Percentagem de cobertura por Armeria maritima ao longo do período experimental, nos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR). A percentagem de cobertura foi calculada a partir da análise de imagens digitais dos microcosmos CR e SR (n=3). As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM). ... 53 Figura 26: Comprimento médio do caule principal de Rosmarinus officinalis var. prostratus, nos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR) ao longo do período experimental (n=3). As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM). ... 54 Figura 27: Taxa identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato dos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR): Trinema, cc 400x (a); Halteria, cc 400x (b); Vorticella, cc 400x (c); Uronema, cc 400x (d); Aspidisca, cc 400x (e); Colpoda, cc 400x (f) ... 55 Figura 28: Variação da temperatura (ºC) e da humidade do ar (%) ao longo do 2.º período experimental no Laboratório de Análises de Águas Residuais (LAAR) ... 58 Figura 29: Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5) da água recolhida semanalmente nos diferentes
microcosmos (média ± dp mgL-1): em R e P (n=11); em PLAA (n=14) e PFe (n=15) ... 60
Figura 30: Percentagem média de cobertura por Sedum album nos microcosmos com: substrato reciclado (R), substrato padrão (P), substrato padrão com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e substrato
padrão com 10% de escórias de ferro (PFe). A percentagem de cobertura foi calculada a partir da
análise de imagens digitais (n=3) obtidas ao longo do período experimental. As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM) ... 61
Figura 31: Taxa identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato dos microcosmos: reciclado (R), substrato padrão (P), substrato padrão com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e substrato padrão com 10% de escórias de ferro (PFe): Heliozoa, cc 400x
(a); ROTIFERA, cc 400x (b); NEMATODA, cc 100x (c); ... 62 Figura 32: Variação das temperaturas mensais máximas e mínimas (ºC), na região de Braga ao longo do período experimental (IPMA – https://www.ipma.pt). ... 65 Figura 33: Variação da precipitação total mensal (mm) na região de Braga, entre maio e setembro de 2017 (IPMA – https://www.ipma.pt). ... 65 Figura 34: Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5) de amostras de água recolhida nos diferentes
mesocosmos: substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P). As barras de erro representam o desvio padrão (dp) da média das amostras analisadas - T, n=5; R e P, n=6. ... 67 Figura 35: Percentagem de cobertura por Sedum album nos mesocosmos com substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P), ao longo período experimental. A percentagem de cobertura foi calculada a partir da análise de imagens digitais de 32 registos fotográficos ... 68 Figura 36: Percentagem de cobertura por Armeria maritima nos mesocosmos com substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P), ao longo período experimental.As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM). ... 69 Figura 37: Comprimento médio (cm) do caule principal de Rosmarinus officinalis var. prostratus, nos mesocosmos com substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P), ao longo período experimental. nos mesocosmos As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM). ... 70 Figura 38: Taxa identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato dos mesocosmos com substrato: Técnico (T), Reciclado (R) e Padrão (P). Halteria, cc 400x (a); Vorticella, cc 400x (b); ANNELIDA, Aelosoma, cc 100x (c) ... 71 Figura 39: Bactérias (a), flagelados euglenóides (b) e diatomáceas (c) observadas em microscopia ótica de campo claro (cc, 400x) nas suspensões de amostras de substrato da cobertura verde extensiva: ... 73
400x (c). ... 74 Figura 41: Protistas identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato da cobertura extensiva: Aspidisca, cc 400x (a); Trinema, cc 400x (b) Vorticella cc 400x (c). ... 75 Figura 42: Taxa identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato da cobertura extensiva: GASTROTRICHA, cc 400x (a); Aspidisca, cc 400x (b); NEMATODA cc 100x (c) ... 76 Figura 43: Organismos identificados em microscopia ótica de campo claro (cc) nas suspensões de amostras de substrato da cobertura extensiva: Aspidisca, cc, 400x (a; b); Trinema, cc 400x (c). ... 77 Figura 44: Densidade de organismos (mL-1) identificados nas suspensões, de amostras de substrato
em PBSe H2Op referentes às diferentes campanhas de amostragem (a), e às rizosferas das espécies
Sedum album - Sa; Helichrysum italicum (Hi), Armeria maritima (Am), Festuca scoparia (Fs) e substrato (sub) (b). As barras de erro representam o desvio padrão (dp) da média das amostras analisadas (n=5) ... 78
Capítulo VI - Anexos
Figura 45: Número de flores de Armeria maritima ao longo do período experimental, nos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR)(n=3). As barras de erro representam o erro padrão da média (SEM) ... 97 Figura 46: Número médio de ramos secundários (a) e comprimento médio dos ramos secundários (b) de Rosmarinus officinalis var. prostratus, ao longo do tempo, cultivados nos diferentes em microcosmos, CR e SR. (n=3). ... 98 Figura 47: Número médio de flores de Armeria marítima, ao longo do tempo, cultivados nos diferentes mesocosmos, T, R e P. O número de flores foi registado sempre que estas estavam presentes. (n=2). As barras de erro representam o erro padrão (SEM) ... 102
Figura 48: Número médio de ramos secundários (a) e comprimento médio dos ramos secundários (b) de Rosmarinus officinalis var. prostratus, ao longo do tempo, cultivados nos diferentes nos diferentes em mesocosmos, T, R e P (n=2). ... 103
Lista de tabelas
Capítulo I Introdução
Tabela 1: Características dos diferentes tipos de membranas a utilizar em coberturas verdes (adaptado de Luckett et al 2009). ... 8 Tabela 2: Características de diferentes tipos de materiais a utilizar na camada de proteção (adaptado de Luckett, 2009 ... 9 Tabela 3: Principais características das coberturas verdes extensivas e intensivas. (adaptado de Oberndorfer et al, 2007; Peck et al. 1999) ... 19
Capítulo II Materiais e Métodos
Tabela 4: Caraterísticas das diferentes espécies vegetais selecionadas ... 40
Capítulo III Resultados e Discussão
Tabela 5: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões de amostras de substrato técnico analisadas ao microscópio ótico. O número total de organismos (mL-1)
foi estimado considerando os valores médios dos triplicados dos microcosmos regados semanalmente (CR) exceto nos primeiros 30 dias (SR) ... 55 Tabela 6: Caracterização dos substratos com base em amostras dos três microcosmos (n=3) de cada condição experimental: substrato reciclado (R), substrato padrão (P), substrato padrão com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e substrato padrão com 10% de escórias de ferro (PFe). ... 59
Tabela 7: Temperatura (°C) e pH da água recuperada (mL) dos quatro microcosmos ao longo do período experimental (desvio padrão com n=14): substrato reciclado (R), substrato padrão (P), substrato padrão com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e substrato padrão com 10% de escórias de
ferro (PFe). ... 60
Tabela 8: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões de amostras dos substratos: reciclado (R), substrato padrão (P), substrato padrão com 2% de hidróxido de alumínio (PLAA) e substrato padrão com 10% de escórias de ferro (PFe), analisadas ao microscópio ótico.
Tabela 9: Caracterização dos substratos com base em amostras dos três microcosmos de cada condição experimental: substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R), substrato Padrão (P), e argila expandida (Leca®) utilizada na camada de drenagem (n=3). ... 66 Tabela 10: pH da água recuperada (mL) dos três mesocosmos de cada condição experimental: substrato Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P); n=7 ... 66 Tabela 11: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões de amostras dos substratos Técnico (T), substrato Reciclado (R) e substrato Padrão (P)analisadas ao microscópio ótico ... 71 Tabela 12: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões (em tampão fosfato salino, PBS e água purificada, H2Op) de amostras de substrato recolhido junto às raízes
de três plantas da espécie Sedum album (Sa), por análise ao microscópio ótico (campo claro - cc; e contraste de fase - cf). ... 74 Tabela 13: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões (em tampão fosfato salino, PBS e água purificada, H2Op) de amostras de substrato recolhido junto às raízes
de três plantas da espécie Helichrysum italicum (Hi), por análise ao microscópio ótico (campo claro - cc; e contraste de fase - cf). ... 75 Tabela 14: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões (em tampão fosfato salino, PBS e água purificada, H2Op) de amostras de substrato recolhido junto às raízes
de três plantas da espécie Armeria maritima (Am), por análise ao microscópio ótico (campo claro - cc; e contraste de fase - cf). ... 76 Tabela 15: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões (em tampão fosfato salino, PBS e água purificada, H2Op) de amostras de substrato recolhido junto às raízes
de três plantas de Festuca scoparia (Fs), por análise ao microscópio ótico (campo claro - cc; e contraste de fase - cf). ... 77 Tabela 16: Diversidade e abundância relativa (%) dos organismos identificados nas suspensões (em tampão fosfato salino, PBSe água purificada, H2Op) de amostras de substrato recolhido na cobertura
extensiva num local sem qualquer espécie de planta, (sub), por análise ao microscópio ótico (campo claro - cc; e contraste de fase - cf). ... 78
substratos testados ... 98 Tabela 18: Comparações múltiplas de Tukey da densidade aparente dos diferentes substratos testados ... 99 Tabela 19: Comparações múltiplas de Tukey da densidade de partículas dos diferentes substratos testados ... 99 Tabela 20: Comparações múltiplas de Tukey da porosidade dos diferentes substratos testados ... 99 Tabela 21: Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5) da água recolhida semanalmente nos diferentes
microcosmos (mgL-1) ... 100
Tabela 22: Comparações múltiplas de Tukey da absorção de água às 24 horas dos diferentes substratos testados ... 101 Tabela 23: Comparações múltiplas de Tukey da densidade aparente dos diferentes substratos testados ... 101 Tabela 24: Comparações múltiplas de Tukey da densidade de partículas dos diferentes substratos testados ... 101 Tabela 25: comparações múltiplas de Tukey da porosidade dos diferentes substratos testados ... 101 Tabela 26: Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5) da água recolhida nos diferentes mesocosmos
Capítulo I
Introdução
1. Breve história das coberturas verdes
Os telhados ou coberturas verdes ou ajardinadas e os jardins verticais têm vindo a ser prática na construção de edifícios em muitos países, há centenas ou mesmo milhares de anos. Isto deve-se principalmente às excelentes qualidades isolantes proporcionadas pela combinação de plantas numa camada de solo. As coberturas verdes favorecem o desempenho térmico dos edifícios: em climas quentes ajudam a diminuir a temperatura no interior dos edifícios, e em climas frios contribuem para a diminuição das perdas de calor (Peck et al. 1999).
Os primeiros registos de jardins em coberturas e telhados aparecem nas antigas civilizações, como na região do rio Tigre e Eufrates; os jardins suspensos da Babilónia, do século 8 e 7 antes de Cristo, são disso exemplo (Palha 2011). Os vikings utilizavam nas suas habitações os chamados “sod roofs” (coberturas relvadas). As paredes e telhados de suas casas eram cobertas com turfa para as proteger do vento e da chuva, e por vezes usavam algas marinhas para isolar os telhados. Este tipo de coberturas - sod roofs – perduraram até ao século XIX, e ainda hoje são comuns em habitações rurais (Fig. 1) dos países do norte da Europa (Peck et al. 1999; Silva 2012).
Figura 1:Pequena vila com coberturas relvadas “sod roofs” cercada por montanhas - nas Ilhas Faroé, Dinamarca. Fotografia de Karine Aigner (junho 2017), National Geographic (Chase 1925)
Durante a Renascimento eram comuns jardins em terraços e telhados verdes, que surgiram sobretudo em edifícios monumentais, associados a famílias ricas e a personalidades
Na Rússia do século XVII, jardins suspensos de cerca de 4 hectares foram instalados sobre a cobertura do palácio Kremlin, em Moscovo. Esta prática constituía uma forma de a nobreza exibir a sua riqueza (Peck et al. 1999; Costa 2010).
Só no século XIX, com o aparecimento do betão e de técnicas modernas de construção e instalação, foi possível alargar a utilização de coberturas verdes um pouco por toda a Europa e América (Palha 2011).
No início da década de 1960, as tecnologias de coberturas verdes foram desenvolvidas e aperfeiçoadas em muitos países, e a partir década de 1970 a investigação sobre os benefícios das coberturas ajardinadas cresceu na Suíça e na Alemanha (Silva 2012)
O aumento do interesse por este tipo de coberturas nos finais do século XX deve-se principalmente ao aumento das preocupações com a qualidade do meio ambiente e à introdução de programas de incentivo para promover este tipo de tecnologia e melhorar os padrões ambientais, especialmente de áreas urbanas (Peck et al. 1999; Oberndorfer et al. 2007; Silva 2012). Na Alemanha na década 1980, o mercado das coberturas verdes teve um crescimento anual de 15 a 20%, sendo que em 1996 cerca de 10 milhões de metros quadrados de telhados foram "cultivados" (Peck et al. 1999).
O atual reconhecimento das vantagens deste tipo de instalações conduziu a que vários governos tenham estabelecido incentivos para quem utilize este tipo de solução, seguindo o exemplo da Alemanha, onde 43% das cidades oferecem incentivos fiscais para a instalação de coberturas verdes. Hoje em dia as coberturas ajardinadas representam uma indústria poderosa e organizada, que está ainda em crescimento (Palha 2011; Calheiros & Pallha 2017).
2. Coberturas verdes: características e funcionamento
Uma cobertura verde é um qualquer espaço de um edifício ou outra estrutura, que pode ser plano ou inclinado, projetado para suportar vegetação. Assim sendo, este conceito engloba não só as coberturas mais modernas, que podem apresentar substrato com espessuras muito pequenas e que permitem o desenvolvimento de comunidades botânicas muito simples (ex: Sedum spp.), mas também jardins convencionais, que oferecem condições ao desenvolvimento de todo o tipo de plantas (Dvorak & Volder 2010; Palha 2011).
As coberturas verdes são uma "prática de construção sustentável" em cidades em todo o mundo em resposta à crescente tensão ambiental (Sutton 2015), tendo estas uma contribuição determinante no equilíbrio do sistema urbano. A sua expansão na malha urbana traz um
impacto positivo nas condições ambientais, melhora a estética das cidades e aumenta a qualidade de vida das populações (Palha 2011).
Estas coberturas verdes compreendem várias camadas que mimetizam as diferentes funções de um solo natural (Fig. 2a), fornecendo os nutrientes, armazenando água e permitindo a transpiração das plantas e drenagem da água (Lazzarin et al. 2005). A construção de coberturas verdes envolve a consideração de várias camadas com funções interdependentes, conseguidas com materiais específicos (Fig. 2b).
Figura 2: Estrutura generalizada de um solo natural (a) e as diferentes camadas consideradas em coberturas verdes, segundo a empresa ZinCo (b)
(http://www.alyousuf-greenroofs.com/why-have-a-green-roof/).
A combinação destas camadas permite satisfazer as exigências que garantem a funcionalidade e harmonia de toda a cobertura. As camadas consideradas têm função de: impermeabilização, proteção, drenagem, filtração (camada filtrante), e suporte (substrato) da camada superior com vegetação. A espessura, o tipo de material de cada camada e o tipo de vegetação variam com o tipo e função de cada cobertura (Lazzarin et al. 2005; Berndtsson 2010; Blaustein et al. 2016).
2.1. Componentes das coberturas verdes
As coberturas verdes ou ajardinadas ainda não têm, nem em Portugal nem noutros países europeus, legislação aplicável à sua implementação. Assim, um dos documentos mais conhecidos e seguido a nível mundial para a construção de coberturas verdes é o que encerra as
diretrizes alemãs – 2008 German Standard “Guidelines for the planning, execution and upkeep of Green Roof sites” da Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e.V (FLL 2002). Não abrangendo os problemas específicos de todas a regiões climáticas é importante que seja feita a transposição e adaptação destas diretrizes, para as características e especificidades de cada país. Espanha e França já o fizeram e em Portugal está previsto para breve o lançamento do guia técnico de apoio ao projeto, construção e manutenção de coberturas verdes com a forte participação da ANCV – Associação Nacional de Coberturas Verdes e da ANQIP – Associação Nacional para a Qualidade das Instalações Prediais (Calheiros & Pallha 2017).
Camada de impermeabilização
Uma cobertura, seja verde (com vegetação) ou tradicional (com telha ou lage), tem como principal função manter a água no exterior do edifício. A camada de impermeabilização é a principal responsável por impedir a passagem de água do exterior, de modo a satisfazer a exigência de estanquicidade à água, evitando fugas do telhado. Em coberturas verdes esta camada deve ainda oferecer resistência às raízes da vegetação (Gonçalves et al. 2005; Silva 2012; Blaustein et al. 2016).
A camada de impermeabilização deverá resistir a fatores do meio ambiente, como temperatura, radiação ultravioleta (UV), substâncias químicas e biológicas. Tendo em conta todos estes fatores, as camadas de impermeabilização devem ser capazes de conservar as suas qualidades de forma satisfatória durante um período de pelo menos 10 anos. Para isso é fundamental utilizar materiais de qualidade e garantir a sua correta aplicação (Gonçalves et al. 2005).
As membranas de betume, as termoplásticas e as elastoméricas são as mais utilizadas nos sistemas de impermeabilização de coberturas. As membranas de betume utilizam na sua instalação o sistema built-up roofing (BUR). Este sistema consiste na sobreposição de 3 a 5 camadas de tela de feltro revestida com betume aplicado a quente (Fig. 3 a). Estas membranas podem ser modificadas com polímeros, de forma a melhorar comportamento mecânico e aumentar a sua longevidade, além disso a sua instalação é facilitada porque dispensa a instalação de múltiplas camadas de feltro (Gonçalves et al. 2005; Feiteira 2009).
As membranas de natureza termoplástica são normalmente aplicadas recorrendo aos sistemas de membranas “single-ply” (Fig. 3 b). Estes sistemas, que são aplicados a frio, têm vindo a ser cada vez mais utilizados do que os sistemas a quente (como BUR) uma vez que
comparativamente com estes últimos reduzem: (i) riscos de acidentes de trabalho, (ii) a necessidade de equipamento especializado e (iii) o tempo de preparação da aplicação.
Figura 3: Instalação de membranas betuminosas - sistema BUR (a); Instalação de membranas de natureza termoplástica - membranas “single-ply” (b).
(a)http://www.isaacsroofing.com/replacementflat.htm;
(b)https://www.gaf.com/Roofing/Commercial/Products/Single_Ply_Roofing/EverGuard_TPO_Single_Ply_Membranes#FleeceBackTPO
As membranas termoplásticas mais conhecidas são as de Policloreto de Vinilo (PVC) e as de poliolefinas (TPO). Estes materiais são normalmente transportados em rolos, que se desenrolam sobre a cobertura (Fig.3b), e as técnicas de colagem e união recorrem a ar quente ou resinas (Gonçalves et al. 2005; Feiteira 2009)
As membranas elastoméricas são à base de emulsões asfálticas, acrílicas ou poliuretânicas, e formam películas que apresentam grande elasticidade e flexibilidade. Alguns exemplos de membranas elastoméricas são as de propileno-dieno (EPDM), poli-isobutileno (PIB) e as de polietileno clorado (CPE).
Estas membranas podem ser aplicadas com o sistema de impermeabilização líquida, que consiste na aplicação de um material sob a forma de fluído viscoso, que formará uma membrana impermeável (Fig.4). Este processo não exige mão-de-obra qualificada, pois é semelhante a um processo de pintura (Gonçalves et al. 2005; Feiteira 2009; Silva 2012).
Figura 4: Aplicação de membranas de impermeabilização líquida. (http://ecowaterproofing.com/Liquid-Applied-Membrane-Waterproofing)
A camada de impermeabilização é crucial na projeção e construção de coberturas verdes, uma vez que estas estão em contacto quase permanente com água, quer seja devida a pluviosidade ou irrigação. Assim, devem ser previamente analisadas as características das membranas disponíveis no mercado (Tabela 1) de modo a selecionar o tipo mais adequado à cobertura que se pretende instalar.
Tabela 1: Características dos diferentes tipos de membranas a utilizar em coberturas verdes (adaptado de Luckett et al. 2009).
Betume PVC TPO Resistência
(química e a raízes) baixa alta alta Superfície refletora não sim sim Processo de instalação quente frio frio
Nota: PVC Policloreto de vinilo; TPO Poliolefinas
Pelas razões acima expostas, a instalação da camada de impermeabilização deve ser sempre efetuada por empresas especializadas e certificadas, que apresentem garantias de qualidade (Silva 2012).
Camada de proteção e anti raízes
A camada de proteção é normalmente colocada sobre a camada de impermeabilização e pode ter várias funções na cobertura.
Uma das suas funções é proteger a membrana de impermeabilização para evitar danos nesta última durante a instalação e utilização da cobertura, e consequentemente oferecer as condições ideais para o seu bom funcionamento.
Outra das funções desta camada é impedir que as raízes da vegetação danifiquem a membrana de impermeabilização. Como o PVC é um dos materiais impermeabilizantes resistente a raízes, nalguns casos não é necessária a utilização de uma camada de proteção. Contudo, quando a escorrência das águas pode transportar químicos que deteriorem os materiais impermeabilizantes, a camada de proteção é essencial como barreira química.
Outra das funções da camada de proteção consiste na retenção de água; alguns materiais utilizados na camada de proteção absorvem a água quando está disponível e podem armazená-la para hidratação das parmazená-lantas em períodos secos. Estão disponíveis no mercado vários materiais (Tabela 2) que podem ser utilizados na camada de proteção, sendo mais ou menos apropriados para determinada função (Luckett 2009; Silva 2012; Blaustein et al. 2016).
Tabela 2: Características de diferentes tipos de materiais a utilizar na camada de proteção (adaptado de Luckett, 2009).
Placas de gesso ou fibra
de madeira
Poliestireno
extrudido Partículas ou bolsas de amido
“Dimpled” ou
“eggshell” (geo-textil) Tecido termoplásticas Membranas
Local de
instalação
Sob a MI Sobre a MI No substrato (próximo das raízes das
plantas)
Sobre a MI Sobre a MI Sobre a MI
Efeito protetor Isolamento do edifício
MI - - MI -
Impermeabilização nula + nula + nula +
Retenção de água nula nula ++ + + nula
Resistência às raízes
- - - - + +
Drenagem - - - facilitada - -
Nota: MI membrana de impermeabilização; + positiva/efetiva; ++ considerável; - ausente
Por exemplo, as placas de poliestireno extrudido são normalmente utilizadas para proteger a membrana de impermeabilização durante a instalação da cobertura, enquanto que o tecido de geotêxtil é mais apropriado para reter humidade e repelir o crescimento das raízes de plantas, evitando que estas danifiquem a impermeabilização (Luckett 2009; Silva 2012; Blaustein et al. 2016).
Camada de drenagem
De modo a alcançar um equilíbrio ótimo entre ar e a água, nas coberturas verdes a camada de drenagem deve desempenhar duas funções principais: (i) proporcionar o armazenamento de águas pluviais para futura utilização pelas plantas e (ii) garantir boa drenagem, escoando a água em excesso da cobertura para permitir uma boa aeração do substrato e das raízes. Esta camada pode ainda oferecer isolamento térmico, o que depende do material utilizado na sua construção (Lazzarin et al. 2005; Pérez et al. 2012; Silva 2012; Blaustein et al. 2016).
Hoje em dia a camada de drenagem pode ser feita de agregados de rochas porosas, por exemplo, argila expandida (Fig. 5a), xisto expandido, pedra-pomes ou outro tipo de material que também tenha capacidade de reter água.
Como alternativa aos agregados de rochas porosas são normalmente utilizados painéis nodulares de polietileno (Fig. 5b) ou poliestireno, com uma matriz em forma de copos onde se acumula água e o escoamento da água em excesso é facilitado, assegurando uma boa ventilação. Estes tipos de materiais são de fácil instalação, pois são leves e desenrolam-se sobre a superfície do telhado (Luckett 2009; Pérez et al. 2012).
Figura 5: Rochas porosas de argila expandida, utilizado na camada de drenagem(a); Painel nodular de polietileno com pequenos depósitos, em forma de copo (b). (ZinCo)
(https://www.zinco.ca/reference-library/component-detail/drainage-elements)
Camada filtrante
A camada filtrante tem como função principal reter os nutrientes e as partículas finas do substrato, evitando que estas sejam arrastadas com a escorrência de águas pluviais, podendo colmatar as cavidades da camada de drenagem. A camada filtrante também funciona como barreira às raízes.
Os materiais tipicamente utilizados na camada filtrante têm elevada permeabilidade à água, são normalmente leves e permanecem inalteráveis face às agressões causadas pelo contacto com o
substrato. São utilizadas normalmente mantas de tecido geotêxtil (Lazzarin et al. 2005; Luckett 2009; Pérez et al. 2012; Silva 2012).
Camada de substrato
Os substratos para crescimento das plantas em coberturas verdes tentam mimetizar o solo natural ou solo de jardim devendo conter matéria orgânica e inorgânica. Estes substratos são normalmente compostos por agregados minerais e uma pequena quantidade de matéria orgânica, conferindo características próprias a estes substratos, como compressibilidade mínima, elevada estabilidade e permeabilidade, e devem oferecer um excelente desempenho a longo prazo, de forma a fornecer às plantas níveis adequados de ar, água e nutrientes e facilitando o escoamento do excesso de água (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
A composição dos substratos de crescimento deve ser adequada a cada a projeto tendo em conta a localização e tipo de cobertura verde e o tipo de plantas a utilizar, entre outros fatores. A elaboração dos substratos deve estar a cargo de técnicos especializados. Na Alemanha, por exemplo, onde as coberturas verdes são frequentes, os substratos respeitam padrões estabelecidos, e são testados e aprovados antes de serem comercializados (McIntyre & Snodgrass 2010; Silva 2012).
Os substratos devem ser necessariamente leves e devem fornecer uma quantidade adequada de nutrientes com boa acessibilidade às raízes, para o bom desenvolvimento das plantas. Devem também ser resistentes à erosão pelo vento e água e para isso precisam de uma boa ligação às raízes das plantas permitindo que a sua estrutura facilite o escoamento da água em excesso. Contudo é conveniente que os substratos retenham água suficiente para suprimir as necessidades hídricas das plantas; quando saturados de água, os substratos deverão manter um bom e consistente equilíbrio entre ar e água, para evitar a hipoxia das raízes.
Para evitar problemas de saturação e drenagem os substratos devem ser resistentes à compactação e à decomposição. Os substratos devem também ter estabilidade física e química, estar livres de pragas ou espécies infestantes e ser resistentes ao fogo; assim devem evitar-se quantidades elevadas de matéria orgânica na sua composição (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
O aumento dos benefícios da sustentabilidade das coberturas verdes pode ser conseguido pela incorporação no substrato de crescimento, de resíduos de materiais de construção. Um estudo feito no Reino Unido caracterizou vários resíduos para uso como substrato de crescimento em
coberturas verdes, nomeadamente: tijolo vermelho esmagado, lamas de águas residuais, cinzas de papel e calcário carbonatado. Todos estes resíduos se mostraram adequados para o crescimento de plantas podendo ser utilizados como substratos alternativos com grande potencial no mercado de coberturas verdes (Molineux et al. 2009).
Em laboratório, resíduos de construção e demolição como substratos de crescimento, mostraram que a vegetação se estabelece com relativa facilidade, e que estes materiais podem fornecer boas propriedades de drenagem (Mickovski et al. 2013).
Em ensaios de coberturas verdes extensivas em mesocosmos obtiveram resultados favoráveis relativamente ao estabelecimento de seis espécies de plantas aromáticas, com um substrato composto por 70% de argila expandida, 15% de matéria orgânica e 15% de casca de ovo triturada (Monteiro et al. 2017).
Resíduos a granel destinados a eliminação em aterro sanitário - porcelana esmagada e vidro esfumado - mostraram ser boa alternativa ao xisto ou argila expandia, em substratos para coberturas verdes extensivas, pois os parâmetros avaliados mostraram ser equivalentes ou melhores do que os determinados nos ensaios controlo (Matlock & Rowe 2016).
Outros resíduos, tais como, escória de aço podem também ser incorporados nos substratos para crescimento de coberturas verdes. Ensaios realizados em microcosmo com milho plantado em solo calcário deficiente em ferro (Fe), mostraram que a adição moderada de escória de aço (10 a 20 g kg-1) acidificada ou não aumentou substancialmente a produção de milho (matéria seca) a
absorção de Fe (Xian & Qing-Sheng 2006). As escórias de aço contêm componentes fertilizantes como CaO, SiO2 e MgO, FeO, MnO e P2O5, e por isso têm sido utilizadas numa ampla gama de
propósitos agrícolas. A sua propriedade alcalina retifica o pH de solos (Yi et al. 2012). Assim sendo, as escórias de aço apresentam-se como económica fonte de Fe e de outros componentes para substratos a utilizar em coberturas verdes.
Resíduos com hidróxido de alumínio quando presentes em quantidades adequadas podem atuar como agentes de cimentação unindo as partículas do solo e melhorando a sua estrutura (Haynes & Naidu 1998); adicionados a substratos, os resíduos de hidróxido de alumínio torna-os mais compactos, e consequentemente mais resistentes a deslizamentos quando utlizados em telhados inclinados. Contudo, em certas concentrações, o alumínio inibe o crescimento das raízes, que ficam mais superficiais, o que pode afetar a capacidade de aquisição de nutrientes minerais e aumentar o risco de stress por seca (Marschner 1991). A toxicidade do hidróxido de
alumínio é o principal fator limitante na produção de culturas em solos ácidos, com valores de pH iguais ou inferiores a 5 (Kochian et al. 2005).
Camada vegetal
A camada vegetal é a principal parte viva das coberturas verdes. Esta última camada confere aos edifícios um aspeto esteticamente agradável e as plantas que a compõem oferecem adicionais vantagens funcionais. Os resultados de um projeto da U. S. Environmental Protection Agency (EPA) indicam que as coberturas verdes são capazes de reter 50% do volume anual de precipitação de um telhado através de retenção de água e evapotranspiração (Berghage et al. 2009).
São vários os fatores a ter em conta na escolha da camada vegetal de uma cobertura verde. Primeiro é necessário definir o objetivo da cobertura, de forma a escolher espécies de plantas que apresentem características fisiológicas que permitam satisfazer o desempenho desejado. Para melhorar a retenção de águas pluviais utiliza-se frequentemente uma estratégia simples, que consiste na plantação de espécies do género Sedum ou outras suculentas com metabolismo ácido das crassuláceas – metabolismo CAM (Luckett 2009; McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
As plantas CAM, tais como Sedum spp. por exemplo, conseguem utilizar a água com grande eficácia, pois abrem os seus estomas durante a noite fechando-os durante o dia, reduzindo assim a perda de água. Mas uma vez que a água e o CO2 partilham a mesma rota de difusão, o
CO2 necessita ser capturado à noite, para ser utilizado na fotossíntese durante o dia. O CO2 é
integrado via carboxilação do fosfoenolpiruvato a oxaloacetato, que é depois reduzido a malato armazenado em grandes vacúolos - característica típica, mas não obrigatória, das células das folhas ou dos caules das plantas CAM.
No período diurno, os estomas fecham evitando a perda de água e impossibilitam a entrada de CO2. A descarboxilação do malato que é geralmente realizada pela enzima málica dependente de
NADP é necessária à obtenção de CO2 para a fotossíntese (Fig.6). Com os estomas fechados, o
CO2 libertado internamente fica aprisionado no interior das folhas, sendo fixado e convertido em
Figura 6: Separação temporal da captação do CO2 e das reações fotossintéticas, que ocorrem no metabolismo CAM (adaptado de Taiz & Zeiger 2009).
Para criar um habitat com dada biodiversidade é normalmente exigido que a cobertura contenha uma mistura específica de espécies vegetais autóctones, que devem ser selecionadas por um especialista em ecofisiologia vegetal. Geralmente este tipo de cobertura precisa de substratos mais profundos e de irrigação (Luckett 2009; McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
Outros fatores a ter em conta na escolha da camada vegetal dizem respeito às características da planta, tanto fisionómicas (por exemplo tamanho e forma das folhas), como fisiológicas (por exemplo, taxas de transpiração). Espécies de plantas com características inadequadas podem deixar a camada vegetal mais suscetível à seca, vento, luz, sombra e poluentes, entre outros fatores (GRO 2011).
O clima é outro fator importante a considerar na escolha da camada vegetal de uma cobertura verde. É necessário conhecer as variações de radiação solar, temperatura do ar e os padrões de precipitação da região, uma vez podem afetar o crescimento das plantas. É também necessário
avaliar o microclima do local, uma vez que a orientação do edifício e de todos os edifícios circundantes pode afetar os níveis de sombra e a quantidade e velocidade do vento na cobertura (GRO 2011).
Das plantas que habitualmente são utilizadas em coberturas verdes foram escolhidas para este trabalho as três espécies cujas diagnoses são feitas de seguida.
Sedum album L. é uma espécie de planta suculenta da família Crassulaceae conhecida pelos seguintes nomes vulgares: arroz-dos-telhados, cachos-de-rato ou pinhões-de-rato. Esta espécie autóctone não é muito exigente quanto ao substrato, sendo normalmente encontrada em locais áridos tais como, muros, telhados, rochas, areias e dunas. Tem uma ampla distribuição geográfica podendo ser encontrada na Europa, Sibéria e Ásia Ocidental (JBUTAD ; SPB 2014). Planta perene que apresenta vários caules, com pés mais ou menos lenhosos muito divididos (Fig. 7 a) e raízes finas e abundantes (Fig. 7 b). Os caules são eretos, inteiros, até 30 cm de comprimento. Têm folhas sésseis alternadas, carnudas e cilindro-ovoides (Fig. 7 c), de cor esverdeada ou cinza e podendo estar pigmentadas de vermelho (Fig. 7 d). As inflorescências são terminais, com brácteas semelhantes às folhas podendo ter até 7 cm de diâmetro. As flores são pentâmeras, com sépalas soldadas na base formando um tubo curto, oval e muito obtuso. As pétalas são livres, brancas, algumas vezes rosa, e ligeiramente soldadas na base, com anteras de cor violeta escuro (Castroviejo & Velayos 1997).
Figura 7: Sedum album plantado nos mesocomos, Braga, 2017: vários caules mais ou menos lenhosos (a) muito divididos e com raízes finas (b) com folhas sésseis alternadas; as folhas são carnudas, cilindro-ovoides (c) e podem
S. album é uma suculenta, CAM bastante tolerante à seca (Castroviejo & Velayos 1997).
Num estudo sobre a influência da disponibilidade de água no crescimento e sobrevivência de uma mistura de Sedum spp. num sistema de cobertura verde, observou-se que estas plantas conseguem suportar condições prolongadas de seca, sendo assim adequadas para coberturas verdes com substratos pouco profundos (VanWoert et al. 2005).
Armeria maritima conhecida como estancadeira, relva-de-Espanha ou relva-do-Olimpo, é uma espécie de planta da família Plumbaginaceae que se encontra em zonas litorais, principalmente em zonas inundáveis, como estuários, pântanos, mas também em penhascos. Esta espécie encontra-se em zonas costeiras do Hemisfério Norte e também em regiões da América do Sul, como Argentina e Chile (JBUTAD ; SPB 2014).
A. maritima é uma planta herbácea perene, pulviniforme (em forma de almofada), bastante ramificada, com ramos de comprimento variável (Fig.8a). Folhas filiformes, lanceoladas (em forma de lança), lineares e planas, com uma ou duas nervuras e bainhas não fibrosas, dispostas numa roseta basal. Inflorescência em glomérulo (Fig.8b), com brácteas involucrais lisas e de cor cobre (Fig.8c). Espículas sésseis com 2 a 5 flores com brácteas esverdeadas espirais, muitas vezes com um ponto subapical roxo, e com corola com as pétalas soldadas na base de cor rosa (Fig.8d), de intensidade variável (Nieto Feliner 1990).
Figura 8: Armeria maritima, plantada nos mesocomos, Braga, 2017: folhas filiformes, lanceoladas, lineares e planas dispostas numa roseta basal (a); inflorescência em glomérulo (b) com brácteas involucrais lisas e de cor cobre (c)
A. maritima cresce em substratos normalmente arenosos sendo uma espécie muito tolerante à salinidade (Nieto Feliner 1990). Num estudo realizado na Sérvia, três espécies de plantas do género Armeria apresentaram potencial para acumular nas suas raízes, médias a grandes quantidades de metais pesados, tais como Zinco (Zn), Crómio (Cr) e Cádio (Cd) (Tomović et al. 2017).
Rosmarinus officinalis var. prostratus, planta conhecida como alecrim, alecrim-da-terra, alecrinzeiro é uma espécie da família Lamiaceae, encontrada em zonas expostas, secas e quentes, como mato aberto, por vezes em pinhais. Coloniza terrenos arenosos, xistosos ou calcários, ácidos ou básicos. É uma espécie exclusiva da região mediterrânea, mas tem sido cultivada desde a antiguidade em todo o mundo, como uma planta ornamental (JBUTAD ; Morales 2010; SPB 2014).
R. officinalis var. prostratus é um arbusto que pode ter até 1,8 m, geralmente ereto (Fig. 9 a), mas por vezes pode formar um “tapete”. Folhas verde escuro, lineares, lanceoladas e enroladas para trás, de tamanho variável no mesmo ramo (Fig. 9 b). Inflorescência indefinida em racimos curtos e escuros. Flores com pedicelos, com uma borda branca, às vezes roxa e corola violeta ou branca (Morales 2010).
Figura 9: Rosmarinus officinalis var prostratus. plantado nos mesocomos, Braga, 2017: arbusto que pode ter até 1,8 m, geralmente ereto (a) com folhas verde escuro, lineares, lanceoladas e enroladas para trás, de tamanho
variável no mesmo ramo (b)
Esta planta atrai polinizadores, nomeadamente abelhas que produzem mel com características próprias. R. officinalis é também fonte de óleos essenciais, com uma grande tradição em fitoterapia, sendo amplamente utilizada em medicina popular para tratar doenças dos sistemas circulatório, digestivo e respiratório, bem como doenças reumáticas. As folhas, frescas ou secas, são usadas na culinária (Morales 2010).
2.2. Biodiversidade vegetal em coberturas verdes
Na natureza, as comunidades de plantas mais diversas capturam e retém mais nutrientes do solo do que monoculturas, sendo apoiadas por comunidades animais abundantes e diversas. A diversidade vegetal reduz a temperatura do solo e aumenta a resistência a fatores de stress, como doenças, herbivoria e espécies invasoras. Estas funções que se observam em contextos naturais podem ser valiosas em coberturas verdes podendo melhorar o seu desempenho, como por exemplo aumentando a retenção de água da chuva e o isolamento do telhado (Cook-Patton 2015).
Os serviços de ecossistemas fornecidos pelas coberturas verdes podem ser melhorados através da plantação de certas espécies em combinação, especialmente gramíneas, suculentas e herbáceas (Lundholm et al. 2010).
Em telhados verdes as plantas devem tolerar fatores ambientais severos, como flutuações de temperatura, seca e ventos fortes. Por isso, na maioria dos telhados verdes usa-se um grupo limitado de espécies de Sedum L. resistentes à seca.
É necessário testar experimentalmente se a diversidade vegetal em coberturas pode melhorar o funcionamento de um tal ecossistema (Cook-Patton 2015).
2.3 Tipos de coberturas verdes
Habitualmente são considerados dois tipos de coberturas verdes: intensivas e extensivas. No entanto, têm sido considerados outros tipos coberturas.
As coberturas verdes intensivas são muitas vezes referidas como, um “jardim no telhado”, pois têm a aparência dos jardins convencionais ao nível do solo. Projetadas principalmente para uso recreativo, as coberturas verdes intensivas oferecem benefícios idênticos aos oferecidos por pequenos parques urbanos ou jardins domésticos, pois aumentam o espaço de recreação em áreas urbanas, para além da sua óbvia e essencial função estética. Assentam em substratos profundos, geralmente com mais de 20 cm, suportando plantas com raízes mais robustas e longas, tais como arbustos e árvores. As coberturas verdes "intensivas” são pesadas e requerem investimentos substanciais, uma vez que precisam de mais material e regular manutenção e irrigação das plantas (Oberndorfer et al. 2007; Castleton et al. 2010; GRO 2011; MacIvor & Lundholm 2011).
As coberturas verdes extensivas são uma modificação moderna do conceito de jardim no terraço servindo como cobertura ecológica que oferece benefícios socias e ambientais. Normalmente são leves, possibilitando a sua instalação em edifícios existentes, sem renovação do suporte estrutural do edifício. Utilizam substratos pouco profundos (menos de 15 cm de altura), com poucos nutrientes. Normalmente não exigem muita manutenção e a irrigação é reduzida (Tabela 3). Estas coberturas são tipicamente plantadas com espécies de suculentas, normalmente plantas do género Sedum ou outras espécies resistentes ao stress (Peck et al. 1999; Oberndorfer et al. 2007; GRO 2011; MacIvor et al. 2016).
Tabela 3: Principais características das coberturas verdes extensivas e intensivas. (adaptado de Oberndorfer et al. 2007; Peck et al. 1999)
Extensivas Intensivas Substrato fino e leve de leve a pesado Profundidade substrato 2 a 20 cm > 20 cm Plantas tolerantes ao stress grande diversidade
Irrigação reduzida considerável
Manutenção reduzida bastante
Acessibilidade apenas para manutenção normalmente acessível
Custo relativo baixo elevado
Para além das coberturas intensivas e extensivas também existem coberturas semi-extensivas, que incluem características das duas anteriores. Normalmente requerem uma profundidade de substrato entre 10 a 20 cm, que pode ser plantado com uma mais ampla gama de plantas do que as coberturas verdes extensivas, nomeadamente arbustos e plantas lenhosas. Os requisitos de irrigação e manutenção dependem das espécies de plantas instaladas (GRO 2011).
Um outro tipo de cobertura verde é o “telhado vivo”, muitas vezes referida como "telhados de biodiversidade" (Fig.10a) ou "telhados castanhos”. Estas coberturas são similares em composição a um telhado extensivo, mas projetado especificamente para criar um habitat que atrairá flora e fauna particulares.
Figura 10: (a) Telhados de biodiversidade, criados por colonização espontânea; (b) Instalação de telhado de biodiversidade (Dunnett 2015).
A aplicação de uma gama de materiais particulares, como por exemplo solo natural, o uso de diferentes profundidades de substrato e a inclusão de estruturas e características de um habitat, levam a uma maximização da diversidade ecológica, e permitem que espécies de plantas indígenas se vão instalando no telhado, ao longo do tempo (Fig. 10 b). Além disso, promovem as comunidades plantas locais e a colonização natural dos telhados com propágulos soprados pelo vento ou transportados por aves ou podendo (GRO 2011; Dunnett 2015; Blaustein et al. 2016).
2.4. Benefícios das coberturas verdes
As coberturas verdes ao nível do topo dos edifícios são cada vez mais comuns, não só por motivos estéticos, mas também por apresentarem mais benefícios que as coberturas convencionais de telha ou alcatrão/asfalto. As coberturas verdes são uma ferramenta no arsenal de construção sustentável sendo uma boa opção para alcançar objetivos ecológicos, estando facilmente acessíveis e disponíveis para a indústria da construção. Podem ser instaladas em edifícios novos ou em edifícios já existentes, sendo que projetos individuais proporcionam alguns benefícios ao edifício.
Os potenciais benefícios de uma cobertura verde dizem respeito a: gestão de águas pluviais, aumento da durabilidade da membrana do telhado, redução de custos energéticos, atenuação do efeito de ilha de calor urbano, habitat para “vida selvagem” urbana, aumento do valor do edifício (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
Gestão de águas pluviais
São vários os problemas que surgem com escoamento das águas pluviais que podem ser atenuados ou resolvidos com o recurso a coberturas verdes.
A água da chuva que cai nos telhados e áreas pavimentadas absorve e transporta vários poluentes, como por exemplo: fertilizantes, herbicidas e inseticidas de explorações agrícolas, óleo de estradas, sedimentos de locais de construção, nutrientes e bactérias provenientes de explorações agrícolas e pecuárias, entre outros. Estes poluentes são posteriormente transportados e depositados em rios, ribeiros e outros corpos de água. A contaminação de águas pluviais prejudica a vida aquática reduzindo a diversidade de populações de insetos e peixes podendo também tornar as águas superficiais pouco seguras em termos sanitários. As coberturas verdes podem ajudar a reduzir a quantidade de poluentes presentes em águas pluviais, devido ao efeito de filtragem promovido pelo substrato e plantas; a melhoria da qualidade destas águas é também conseguida pelo efeito de neutralização das chuvas ácidas que escorrem pelas coberturas (Luckett 2009; McIntyre & Snodgrass 2010; Vijayaraghavan 2016). Um estudo realizado em duas coberturas verdes, uma extensiva e outra intensiva, mostrou que podem funcionar como reservatório de nitrato (NO3) e amónio (NH4), podendo
também neutralizar as deposições ácidas (Berndtsson et al. 2009).
Em locais naturais, onde não existem edifícios que tornam os solos impermeáveis, o escoamento de águas pluviais não é um problema, pois as folhas e o solo não perturbado absorvem a água recarregando os níveis das águas subterrâneas. Em áreas urbanas as águas pluviais podem constituir um problema devido à diminuição de superfícies porosas. Esta redução geralmente aumenta o escoamento superficial durante tempestades e, consequentemente, aumenta o fluxo de água na rede sanitária, causando muitos problemas: inundações, aumento de sedimentos e erosão dos cursos de água. As coberturas verdes ajudam a atenuar estes problemas, uma vez que diminuem o escoamento durante as tempestades ou eventos extremos de pluviosidade. Uma parte de água é armazenada no substrato de crescimento podendo também ser armazenada pela vegetação e outros componentes da cobertura, diminuindo as taxas máximas de escoamento da água superficial o que ajuda a reduzir o risco de inundações. A água que não é armazenada vai saindo da cobertura mais devagar do que num telhado convencional, retardando e reduzindo os volumes de escoamento, diminuindo assim a sobrecarga na rede de esgoto e/ou pluvial com redução dos custos de tratamento de águas residuais (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011; Vijayaraghavan 2016).
As coberturas extensivas são capazes de remover metade do volume anual de precipitação, através da retenção e da evapotranspiração (Berghage et al. 2009; McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011)
Mitigação do efeito da ilha de calor urbano
Um problema ambiental que tem aumentado com a crescente impermeabilização das superfícies é o efeito "ilha de calor". As áreas urbanas e suburbanas são, entre 1 a 6 °C mais quentes durante o verão, em comparação com as áreas rurais circundantes (Luckett 2009), porque os seus edifícios e superfícies pavimentadas conservam a energia térmica, que libertam lentamente (Luckett 2009; McIntyre & Snodgrass 2010).
A diminuição deste problema não é só uma questão de conforto, mas também uma questão ambiental e de saúde pública, uma vez que o calor extremo é das principais causas de mortalidade, especialmente entre pessoas idosas e doentes. Lidar com o calor urbano usando aparelhos elétricos, como por exemplo, ar condicionado, contribuiu para aumentar o consumo de energia, tornando mais dispendiosos os custos energéticos do edifício. Além disso, um aumento desse consumo de energético contribui para um acréscimo do efeito de estufa. (McIntyre & Snodgrass 2010).
A paisagem urbana compreende uma grande quantidade de áreas planas, que podem ser adaptadas para acomodar coberturas verdes extensivas. Geralmente nas áreas urbanas, os parques, jardins, árvores de rua para além das coberturas verdes podem ter um impacto positivo na redução do efeito de ilha de calor urbano. A vegetação influencia a diminuição do calor urbano devido à evapotranspiração que se traduz na libertação de vapor de água das folhas das plantas, e também devido ao efeito de sombra que a folhagem proporciona (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011). A vegetação urbana constitui uma maneira eficaz e economicamente eficiente de reduzir o consumo de energia (Solecki et al. 2005). Um estudo que avaliou o desempenho térmico superficial de uma cobertura verde e de outra tradicional, mostrou que na cobertura verde, a temperatura superficial era cerca de 0,57 a 0,63 vezes menor; além disso os resultados deste estudo também indicam que, no inverno, as coberturas verdes podem reduzir significativamente as perdas de calor dos espaços internos em direção ao ambiente externo (Bevilacqua et al. 2017).
Habitat para “vida selvagem” urbana
Devido ao desenvolvimento e aumento das áreas urbanas, o habitat de muitos organismos foi destruído. As coberturas verdes podem ter um impacto positivo significativo na redução da fragmentação de habitats nas áreas urbanas, podendo substituir o que se perdeu ou criar novos habitats, que contribuam para um aumento da biodiversidade desses locais. Quando adequadamente projetadas, as coberturas verdes podem acomodar aves e insetos, oferecendo-lhes, por exemplo, alimento, oportunidades de nidificação ou lugares de descanso, desempenhando deste modo um papel importante na conservação da biodiversidade urbana (McIntyre & Snodgrass 2010; GRO 2011).
Um estudo realizado com coberturas verdes em Londres mostrou que estas podem ser importantes na conservação de invertebrados. Da grande abundância de invertebrados observados nestas coberturas, 10% das espécies encontradas foram designadas como raras ou escassas de acordo com os critérios estabelecidos pela agência intergovernamental da natureza de Inglaterra (Kadas 2006). Um outro estudo realizado na universidade de York (Keele campus) em Toronto (Canadá) avaliou a diversidade e abundância de abelhas em coberturas verdes e evidenciou que estas fornecem habitat a muitas espécies de abelhas, podendo assim ser importantes para a conservação de polinizadores (Colla et al. 2009).
As coberturas verdes também podem ser um habitat importante para as aves. Um estudo realizado em 12 telhados verdes localizados em paisagens urbanizadas ao norte de Illinois e a sul do Michigan, dentro da rota migratória do Mississípi nos Estados Unidos da América (EUA), mostrou que a maioria das espécies de aves observadas nas coberturas verdes (aproximadamente 90%) também foram observadas nas áreas circundantes das paisagens urbanas. Embora as áreas circundantes proporcionem provavelmente um maior habitat para as aves do que a vegetação das coberturas verdes, várias espécies nativas de aves canoras, pica-pau e espécies de aves aquáticas usam as coberturas verdes em paisagens urbanas; portanto, as coberturas verdes têm potencial para contribuir para o habitat das aves em áreas urbanas e podem ajudar a mitigar os efeitos negativos da urbanização (Eakin et al. 2015).
Conforme sugere um estudo realizado na área da grande Londres, que monitorizou a atividade de morcegos em telhados convencionais, coberturas verdes de Sedum e de “telhados de biodiversidade”, as coberturas verdes, mas sobretudo os “telhados de biodiversidade” fornecem habitat melhorado para morcegos em áreas urbanas (Pearce & Walters 2012).
