CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE ÁGUAS DE SUPERFÍCIE E
SUBTERRÂNEA EM ÁREA DE FLORESTA PRIMÁRIA NA AMAZÔNIA
CENTRAL
Silvana Lima da Silva1; Sávio José Filgueiras Ferreira2; Ari de Oliveira Marques Filho3; Ana Rosa Tundis Vital4; Juan Daniel Villacis Fajardo5; Sebastião Átila Fonseca Miranda6; João
Augusto Dantas de Oliveira7; Wolfram Karl Franken8 & Cláudia Pontes Barros9
RESUMO --- Foram investigados elementos químicos (N, P, K, Ca, Mg e Na) na água superficial do igarapé Bolívia e na água subterrânea (região saturada) na zona ripária, para contribuir com um estudo integrado do sistema hídrico da Reserva florestal Adolpho Ducke, localizada no Norte da cidade de Manaus. As amostras de superfície foram coletadas diretamente no igarapé e as subterrâneas em 4 piezômetro, semanalmente. Os teores dos nutrientes: cálcio, magnésio e potássio, são relativamente baixos, pois refletem a pobreza dos solos da região e apresentaram comportamento semelhantes à outros ambientes aquáticos de área de terra firme na Amazônia Central. Foi observado que esses cátions apresentaram concentrações mais elevadas no período chuvoso, mas tendem a serem retidos no sistema florestal, contrapondo-se ao lixiviamento. O sódio foi o cátion que apresentou concentrações mais elevadas, com valores acima de 1 mg/L; notou-se que este cátion tende a ser removido do ambiente florestal.
ABSTRACT --- The chemical elements N, P, K, Ca, Mg, and Na were investigated in the surface water of the igarapé (stream) Bolívia and in the groundwater in the riparian zone (saturated region), with the purpose of contributing to an integrated study of the water system in the Adolpho Ducke Forest Reserve, located on the north part of the city of Manaus. The surface samples were collected directly on the stream and the groundwater ones in 4 piezometers on a weekly basis. The nutrient content, including calcium, magnesium and potassium is relatively low, as it reflects the soil poverty in the region, and show a behavior similar to other upland aquatic environments in Central Amazon. It was observed that these cations showed a higher concentration in the rainy season, but tend to be retained in the forest system, as opposed to leaching. Sodium was the cation with the highest concentration, with values above 1 mg/L. It was observed that this cation tends to be removed from the forest environment.
Palavras-chave: Hidroquímica, floresta de terra firme, igarapé.
1 Graduanda do curso de Geografia da Universidade Federal do Amazonas. Bolsista do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. Av. André Araújo, 2936, Aleixo, CEP 69060-001, Manaus – AM. E-mail: silvanalim@gmail.com
2 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: savio@inpa.gov.br 3 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: ari@inpa.gov.br 4 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: artvital@inpa.gov.br 5 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: juandv@inpa.gov.br 6
Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: atila@inpa.gov.br 7 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: jdantas@inpa.gov.br 8 Pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. E-mail: franken@inpa.gov.br
9 Graduanda do curso de Geografia da Universidade Federal do Amazonas. Bolsista do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia. Av. André Araújo, 2936, Aleixo, CEP 69060-001, Manaus – AM. E-mail: claudiapbarros@yahoo.com.br
1. INTRODUÇÃO
Os vários tipos de ambientes aquáticos existentes estabelecem interações de fluxos entre si e com outros sistemas através de suas fronteiras (Miranda, 1997). Entre um corpo de água e o ambiente terrestre que o rodeia, podem ser estabelecidas inúmeras opções que possibilitem a troca de energia e nutrientes e, de acordo com Likens e Bormann (1974), os vetores (veículos) que transportam energia e matéria podem ser categorizados como meteorológicos, geológicos e biológicos. Na área deste estudo, a Reserva Florestal Adolpho Ducke existem diversos igarapés que drenam a água para fora dos limites da mesma, bem como igarapés que, após receberem carga poluidora, drenam para dentro. Uma boa parte da área fronteira à reserva vem sendo intensamente ocupada, causando danos ambientais visíveis como a presença de lixo, material em suspensão e odor nos igarapés. Não se sabe até onde a reserva está sendo afetada em virtude da referida ocupação de suas margens. O Igarapé Bolívia (Figura 1), cujas nascentes encontram-se dentro da Reserva, e suas condições hidrológicas mantêm-se preservadas e o estudo da entrada de nutrientes provenientes de fluxos subterrâneos necessitam ser investigados para um entendimento das trocas entre o igarapé e suas vizinhanças.
Figura 01: Igarapé Bolívia, Reserva Ducke. Autora: LIMA, Silvana.
Na área onde são realizados os estudos no igarapé Bolívia o solo é arenoso. Este tipo de solo possui elevada capacidade de infiltração, devida não somente às suas próprias características, mas
através do lençol freático, fenômeno este que é denominado de escoamento subterrâneo. Também na região próxima ao igarapé (baixio) recebe água de outros de tipos de solos sob florestas (Encosta e platô), que promove não somente fluxo de água, mas de nutrientes.
Estudos anteriores realizados na Reserva Ducke mostram que, na área da bacia hidrográfica do igarapé Bolívia, a disponibilidade de nutrientes para as plantas é baixa, os solos podem ser classificados como distróficos, com baixos valores de Capacidade de Troca de Cátions Efetiva. O solo ainda permanece preservado e a proximidade do limite urbano ainda não está causando alteração, porém isto deve ser estudado com maiores detalhes para se conhecer os recursos hídricos pressionados pela ocupação urbana (Almeida et al., 2005).
Ferreira et al. (2005) observaram que os nutrientes na solução do solo em área de platô, de encosta e de baixio mantêm-se sem vestígios de alterações. Estudos com sedimentos de fundo realizados por Cerdeira et al. (2004) evidenciam que, à medida que os igarapés da zona rural aproximam-se da urbana, as variáveis físicas e químicas de seus sedimentos vão sendo alterados devido às atividades antrópicas que ocorrem nesses locais. Estas investigações fazem parte dos estudos que vêm sendo realizados pela Coordenação de Pesquisas em Clima e Recursos Hídricos (CPCR) do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) desde 2004 na Reserva Florestal Adolpho Ducke, no município de Manaus, para consolidar um referencial apropriado para o controle e acompanhamento das modificações impostas ao sistema natural no futuro, e a outros sistemas hidrológicos da área urbana de Manaus.
Este trabalho visa investigar o comportamento dos elementos químicos (N, P, K, Ca e Mg) da água superficial do igarapé Bolívia e da água subterrânea (região saturada) na zona ripária, para contribuir com um estudo integrado no sistema hídrico da Reserva Ducke, com a finalidade de melhor conhecer sua estrutura e seu funcionamento e ajudar a estabelecer um referencial de comportamento para outros ambientes hídricos da região central da Amazônia.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Este estudo foi realizado dentro da Reserva Adolpho Ducke que compreende uma área de 100 km2 (10x10 km) (Figura 2), e está situada na periferia de Manaus com coordenadas 02º 53’ de latitude S e 59º 58’ de longitude, e a pesquisa está conduzida em torno do igarapé Bolívia, localizado na zona sul da reserva florestal. Durante o período de Agosto a Dezembro de 2006, foram feitas excursões, semanais.
2.1 Coleta de amostras de água.
Água superficial – Foi coletada diretamente em igarapé natural, no interior da reserva e acondicionadas em frascos de polietileno.
Água subterrânea – Foram coletadas em quatro piezômetros (1, 2, 3 e 4) em um transecto perpendicular ao igarapé Bolívia no interior da reserva, em ecossistema natural. As profundidades dos piezômetros, tendo como referência o nível do solo, são:
Profundidade de instalação (cm)
Piezômetro 1 206
Piezômetro 2 265
Piezômetro 3 90
Piezômetro 4 110
Para esse tipo de coleta, é necessário utilizar um sistema para a coleta de amostra de água dos piezômetros. Esse sistema consiste de um Kitasato de 1000 mL conectado a duas mangueiras: uma ligando a uma bomba de vácuo manual; e a outra à abertura superior do frasco ao fundo do piezômetro, como mostra a Figura 3. Após a coleta as amostras são acondicionadas em frascos de polietileno.
Figura 02: Coleta de amostra dos Poços, dentro da Reserva Adolfo Ducke, Agosto de 2006. Autora: LIMA, Silvana.
Os piezômetros consistem de tubos de PVC de 75 mm de diâmetro externo, contendo aproximadamente 80 furos (feitos com broca de 5,8mm) bem distribuídos nas paredes, ocupando uma extensão de 31 cm no corpo do tubo, por onde é captada a água. Estes furos foram feitos próximos a uma das extremidades onde se colocava também tampa (Figura 5).
Os dois primeiros piezômetros encontram-se distanciados entre si por cinco metros, estando o primeiro próximo a 5 m da margem do igarapé, o segundo a cinco metros do primeiro. Os piezômetros 3 e 4 foram instalados, respectivamente, paralelos aos primeiros, mas suas profundidades são menores.
Figura 03: Esquema dos piezômetros a serem utilizados neste trabalho d = diâmetro externo
As amostras coletadas são trazidas para o laboratório de química ambiental do INPA onde são analisadas, seguindo as normas descritas em APHA (1995). Essas medidas e coletas são realizadas visando estudar os fluxos em diferentes épocas do ciclo hidrológico.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
É através da redução natural de nitrogênio atmosférico na água, dos processos de excreção dos organismos vivos e dos processos de degradação do material orgânico, que ocorre a presença da amônia na água, onde esta é rapidamente absorvida pelas bactérias.
A alta quantidade de amônia na água é resultado de contaminação por esgoto. Como o igarapé estudado é natural, e ainda não sofre influência direta da pressão antrópica existente sob a Reserva Adolfo Ducke, suas concentrações de amônia variaram de <0,010 (limite de detecção) a 0,380
mg/L. Estando assim, abaixo do valor máximo permitido de amônia (3,7 mg/L) para consumo humano, segundo a resolução nº 357 do CONAMA de 17 de março de 2005. As concentrações de amônia determinadas foram sempre mais elevadas na água do igarapé (superficial), do que nas águas dos poços, como indicado na Figura 6.
Amônia 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço 2 Poço 3 Poço 4 Bolívia
Figura 04: Concentração de amônia no igarapé Bolívia, piezômetro 1, piezômetro 2, piezômetro 3 e piezômetro 4, do período de outubro a dezembro de 2006.
Alguns estudos feitos na cidade de Manaus nos igarapés da bacia do Educandos, São Raimundo e Tarumã, realizados por Melo (2003), mostram concentrações que variam de 0,046 a 11,529mg/L. Valores de amônia acima do máximo permitido pela resolução nº 357 da CONAMA, são indícios de descarga poluidora sobre o igarapé. Silva (1996) registrou valores variando de 0,050 a 0,770 mg/L no igarapé Barro Branco na Reserva Ducke. Por outro lado, observou valores bem mais elevados (0,627 a 8,000 mg/L) nos igarapés Quarenta e São Raimundo, integrantes da rede de drenagem da cidade de Manaus. Em um outro estudo realizado por Neta Pinto (2004), também foram observados valores elevados nas águas de igarapés Educandos e São Raimundo, cujo valor mais elevado medido foi 9,25 mg/L.
O nitrito geralmente é raro em águas doces; além de ser produzido pela atividade fitoplanctônica, suas concentrações são fortemente elevadas devido à ação antrópica. O gráfico abaixo mostra que tanto no período seco, quanto no início do chuvoso, a concentração de nitrito variou de <0,005 a 0,01 mg/L, não ultrapassando o valor máximo de 1,0 mg/L, permitido pela resolução do CONAMA de 17 de março de 2005 para águas de classe II.
Nitrito 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012
Ago Set Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço 2 Poço 3 Poço 4 Bolívia
Figura 05: Concentração de nitrito no igarapé Bolívia, piezômetro 1, piezômetro 2, piezômetro 3 e piezômetro 4, dos meses de agosto a dezembro de 2006.
O nitrato é a forma do nitrogênio mais rapidamente absorvida pelas plantas, é assimilado por algas e hidrófitas superiores, sua concentração dependerá do balaço de produção e distribuição bioquímica do nitrito. Segundo Santos (2000), se o valor do nitrato for acima de 5,0 mg/L, pode ser indicativo de contaminação por atividade antrópica. Segundo a resolução nº 357 do CONAMA o teor máximo de nitrato permitido é de 10,0 mg/L, mostrando que o ambiente estudado não tem contaminação por nitrato, já que os valores encontrados na área estudada, variaram de valores, abaixo de detecção do método utilizado <0,01 a 0,06 mg/L, não ultrapassando assim o valor permitido. Nitrato 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
Ago Set Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço 2 Poço 3 Poço 4 Bolívia
Figura 06: Concentração de nitrato no igarapé Bolívia, piezômetro 1, piezômetro 2, piezômetro 3 e piezômetro 4. de agosto a dezembro de 2006.
Estudos realizados por Melo (2003), nas águas da bacia do igarapé de Educandos, São Raimundo e Tarumã, os valores de nitrato encontrados, variaram entre 0,01 e 6,930 mg/L. Campos (1994), detectou teores de nitrato entre 0,00 e 0,091 mg/L, em igarapés na BR-174 Manaus - Caracaraí.
Tanto a amônia, como o nitrito e o nitrato apresentam pouca redução em ambientes de pH ácido, que é o caso do igarapé Bolívia e mesmo assim, os valores encontrados no ponto de coleta do igarapé Bolívia e poços localizados próximo à margem do mesmo, são baixos. Assim como estão abaixo dos valores máximos estabelecidos pela resolução nº 357 do CONAMA de 17 de março de 2005, sendo de 3,7 mg/L para a amônia, 1,0 mg/L para nitrito e de 10,0 mg/L para nitrato.
3.1 Cátions (Ca++, Mg++, Na+, K+)
De acordo com Brinkann & Santos (1972) o cálcio solúvel encontrado nas águas naturais da região amazônica deve ser proveniente da lavagem, pela chuva, da copa, caules, folhas e até certo ponto da dissolução de produtos metabólicos de macro e microorganismos. Essa afirmação é comprovada com o aumento da concentração de cálcio, durante o período chuvoso, na área estudada (observar gráfico abaixo). O cálcio é de grande importância para os estudos do meio aquático, além de ser essencial para o crescimento de algas, macrófitas aquáticas, e muitos animais, em especial os moluscos, ele também interfere no pH. Na área estudada os valores de cálcio encontrados variaram de 0,02 a 0,62 mg/L, já no início do período chuvoso.
Cálcio 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Ago Set Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço2 Ig. Bolívia
Figura 07: Concentração de cálcio no igarapé Bolívia, piezômetro 1 piezômetro 2, do mês de agosto a dezembro de 2006.
Estudos realizados no igarapé Barro Branco, por Nortcliff & Thornes (1978), mostram concentrações médias de cálcio de 0,01mg/L. Porém, os estudos de Campos (1994), ao longo de BR-174 Manaus-Caracaraí, mostram valores que variaram do limite de detecção do método a 2,0mg/L. Valor bem mais elevado, de 10,6 mg/L de cálcio, foi registrado no Rio Negro, por vários outros autores, como o Sioli (1969) e Lopes (1987).
No período seco a presença de potássio nos poços permanece sempre abaixo do encontrado no igarapé, já no início de período chuvoso, esse processo tende a se tornar inverso. No mês de agosto o valor máximo medido de potássio foi de 0,24 mg/L (poço 1) e no igarapé Bolívia esse valor chegou a 0,38 mg/L. No mês de novembro, a concentração máxima de potássio nos poços foi de 0,93 mg/L, no igarapé, essa concentração chegou apenas a 0,62 mg/L. (Figura 10). O potássio é um dos macro nutrientes, os valores para esses elementos são relativamente baixos, analisando a Figura 10 percebe-se que ele tende a ser mais elevado na água subterrânea, do que na água superficial. No entanto, o seu comportamento será melhor descrito, quando for observado o período chuvoso.
Potássio 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Ago Set Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço2 Ig. Bolívia
Figura 8: Concentração de potássio no igarapé Bolívia, piezômetro 1 e piezômetro 2, do período de agosto a dezembro de 2006.
A concentração de magnésio é inferior a de cálcio na maioria dos ambientes de água doce, este participa da molécula da clorofila e tem a lavagem da floresta como sua principal fonte na Amazônia. No gráfico abaixo é possível observar que, com a chegada do período chuvoso, a concentração de magnésio, tanto nos poços, como no igarapé, aumentam rapidamente (Figura 11). Nos meses de agosto a setembro, tanto os poços como o igarapé, apresentaram valores de magnésio abaixo de 0,07, nos meses de novembro a dezembro, início do período chuvoso os valores chegaram a 0,08 e 0,1 mg/L.
Magnésio 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 Ago Set Out Nov Dez Período (m g /L )
Poço1 Poço2 Ig. Bolívia
Figura 9: Concentração de Magnésio no igarapé Bolívia, piezômetro 1 e piezômetro 2, do período de agosto a dezembro de 2006.
A Principal função do sódio e do potássio é a troca e o transporte de outros íons para o meio extracelular. No meio aquático, estes íons dificilmente atuam como fatores limitantes (Esteves, 1988). Como as plantas não assimilam o sódio, este tende a se manter em grandes quantidades. Na área estudada a concentração de sódio, tanto no período seco, como no início do chuvoso, variou de 0,7 a 1,11 mg/L. (Figura 12). Sódio 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Ago Set Out Nov Dez
Período
(m
g
/L
)
Poço1 Poço2 Ig. Bolívia
Figura 12: Concentração de sódio no igarapé Bolívia, piezômetro 1 e piezômetro 2, do período de agosto a dezembro de 2006.
início da estação chuvosa, como os demais cátions investigados. Verifica-se ainda que, a partir de novembro, com o início do aumento de chuva, esse nutriente tende a ser removido do sistema florestal, indicado pelos valores mais altos no igarapé. Pesquisas ainda necessitam serem ampliadas com outros nutrientes e micronutrientes, como o fósforo, enxofre, ferro etc, para um melhor entendimento de trocas entre o ambiente aquático e suas vizinhanças, pois foi possível perceber que há uma tendência para os cátions, com exceção do sódio, apresentarem concentrações mais elevadas nas águas subterrâneas do que em águas superficiais.
A Figura 13 apresenta a distribuição da precipitação na área deste estudo. Verifica-se que a partir de novembro dá-se o início da estação chuvosa, com índices semanais superiores a 140 mm.
Precipitação 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 3/8/ 06 16/8 /06 30/8 /06 13/9 /06 27/9 /06 11/1 0/06 25/1 0/06 8/11 /06 22/1 1/06 6/12 /06 21/1 2/06 4/1/ 07 17/1 /07 1/2/ 07 Período m m
Figura 13: Valores de chuva no período agosto a dezembro de 2006.
3.2 pH
A Figura 14 mostra o comportamento do pH das águas dos piezômetros 1, 2 e do igarapé Bolívia. Observa-se que os pHs são baixios indicando acidez elevada. No período de agosto a outubro, época seca, os valores tendem a ser mais baixos nos piezômetros do que no igarapé. A partir de novembro, quando há inicio a estação chuvosa, o ph na água do igarapé tende a baixar. Nas margens do igarapé o solo é arenoso, as águas de chuvas drenam com muita facilidade e nesse processo a matéria orgânica em decomposição depositada sobre o solo no período seco, sofre lavagem e as substâncias orgânicas solúveis são levadas para o igarapé, que, além de aumentar a acidez, tornam as suas águas mais escuras, que é uma características dos sistemas de drenagem de áreas de florestas de terra firme na Amazônia Central.
Durante o período de agosto a dezembro de 2006, os valores encontrados tanto nos poços como no igarapé Bolívia variaram de 4,4 no poço 2 a 4,8 na água superficial. (Figura 14)
pH 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 A g o S e t O u t N o v D e z Período p H
Poço 1 Poço 2 Ig. Bolívia
Figura 14: Comportamento do pH do igarapé Bolívia, piezômetros 1 e piezômetros 2 do período de agosto a dezembro de 2006.
3.3 Condutividade Elétrica
A capacidade de conduzir corrente elétrica é função da concentração dos íons presentes na água, quanto maior a sua concentração, maior será a condutividade elétrica existente na água, porém em ambientes muito naturais, esse processo tende a ser inverso, ou seja, maior será a resistência e menor será a condutividade. Na área estudada os valores de condutividades elétrica variaram de 12,2 a 19,3 µS20.cm-1, durante o período seco e início do período chuvoso. (Figura 15).
Também a ação das chuvas tendem a lixiviar os íons inorgânicos que elevam a contudividade elétrica da água, principalmente no igarapé Bolívia.
Condutividade Elétrica 0 5 10 15 20 25 A g o S e t O u t N o v D e z Período m ic ro m h o n s /c m
Poço 1 Poço 2 Ig. Bolívia
Figura 15: Valores de condutividade elétrica, obtidos no período seco e início do chuvoso, compreendendo do mês de agosto a dezembro de 2006.
4. CONCLUSÕES
No igarapé Bolívia, um dos principais tributários do rio Tarumã, que é afluente do rio Negro, foram investigadas variáveis químicas importantes no sistema aquático. Onde foram realizados os estudos, a área está protegida e mantém-se em condições naturais. As concentrações de nitrato, amônio e nitrito não apresentaram alterações. Os teores dos nutrientes: cálcio, magnésio e potássio, são relativamente baixos, pois refletem a pobreza dos solos da região, apesar de que na área a floresta seja alta, densa e com alta diversidade de espécies. Isto indica que haja na biomassa elevados valores desses nutrientes. Estudos recentes tem apontado para uma elevada eficiência da floresta na ciclagem de nutrientes, em assimilar rapidamente os nutrientes e não permitir que sejam perdidos do ecossistema, mantendo uma circulação praticamente fechada. Também, em se tratando de um ecossistema natural, era de se esperar um funcionamento hidrológico em equilíbrio, sem grandes alterações, ressaltando a importância da preservação do mesmo, dentre outras, como área de referência para estudos hidrológicos desenvolvidos na região. Mas, ao mesmo tempo, não deixa de ser preocupante a pressão que a reserva florestal vem sofrendo em seu entorno nas últimas décadas. Pressão esta em função da expansão urbana e da ocupação desordenada do solo na cidade de Manaus. Providências urgentes deverão ser tomadas por órgãos governamentais tomadores de decisão no sentido de se manter e preservar a floresta como um patrimônio que guarda riquezas da fauna, flora e recursos hídricos naturais da Amazônia Central.
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