DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ESPÉCIES ACUMULADORAS DE METAIS INFLUENCIAM A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO SOLO E A COMPOSIÇÃO DE ESPÉCIES EM CAMPOS FERRUGINOSOS? por

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OURO PRETO

ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EVOLUÇÃO CRUSTAL

E RECURSOS NATURAIS

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Geologia Ambiental e Conservação de Recursos Naturais

Áreas Degradadas pela Indústria Mínero-Metalúrgica

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

ESPÉCIES ACUMULADORAS DE METAIS INFLUENCIAM

A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO SOLO E A COMPOSIÇÃO DE

ESPÉCIES EM CAMPOS FERRUGINOSOS?

por

Antonella Tonidandel Schettini

Orientadora: Alessandra Rodrigues Kozovits

Coorientadoras: Mariangela Garcia Praça Leite

Maria Cristina Teixeira Braga Messias

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Espécies acumuladoras de metais influenciam a composição

química do solo e a composição de espécies em campos

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

Marcone Jamilson Freitas Souza

Vice-Reitora

Célia Maria Fernandes Nunes

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Valdei Lopes de Araújo

ESCOLA DE MINAS

Diretor

Issamu Endo

Vice-Diretor

Wilson Trigueiro de Souza

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

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DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Espécies acumuladoras de metais influenciam a composição

química do solo e a composição de espécies em campos

ferruginosos?

Antonella Tonidandel Schettini

Alessandra Rodrigues Kozovits

Orientador

a

Mariangela Garcia Praça Leite

Maria Cristina Teixeira Braga Messias

Coorientadoras

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como Requisito Parcial para a obtenção do Título de Mestre em Ciência Naturais, Área de Concentração: Geologia Ambiental e Conservação de Recursos Naturais

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S327e Schettini, Antonella Tonidandel.

Espécies acumuladoras de metais influenciam a composição química do solo e a composição de espécies em campos ferruginosos? [manuscrito] / Antonella Tonidandel Schettini. - 2015.

136f.: il.: color; grafs; tabs (Contribuições as Ciências da Terra, Série M, v. 74, n. 331)

Orientadora: Profa. Dra. Alessandra Rodrigues Kozovits. Coorientadora: Profa. Dra. Mariangela Garcia Praça Leite. Coorientadora: Profa. Dra. Maria Cristina Teixeira Braga Messias

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.

Área de Concentração: Geologia Ambiental e Conservação de Recursos Naturais.

1.Bioacumulação. 2. Degradação ambiental. 3. Melastomataceae. 5. Minas e Mineração. I. Kozovits, Alessandra Rodrigues. II. Leite, Mariangela Garcia Praça. III. Messias, Maria Cristina Teixeira Braga Messias. IV. Universidade Federal de Ouro Preto. V. Titulo.

CDU: 504.1:622

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Agradecimentos

Agradeço a Deus pela conquista, pela fé, pela força e pelos sinais de superação.

Sou muito grata a todos os meus familiares pelo incentivo recebido ao longo destes anos. Aos meus pais Paschoal e Eny por me receberem de volta, pela paciência eterna e companhia, mesmo em silêncio, quando ficava vários dias no computador.Aos meus irmão Leo e Patty por tudo! Minha cunhada Lu e minhas queridas sobrinhas Dudu e Juju. As minhas primas Giza e Dani e minha querida Tia Zaroca!

Agradeço à minha orientadora, Profª Alessandra, pela credibilidade em meu trabalho, pela confiança, dedicação, disponibilidade e pela liberdade na condução da pesquisa. As coorientadoras, Profª Maria Cristina pela infinita disponibilidade, pelos ensinamentos e pela impecável condução desse trabalho e Profª Mariangêla, pela presença, conhecimentos em Geologia e exemplo de perseverança. Enfim, por me mostrarem o caminho da ciência, e por serem exemplos de profissionais e de mulheres as quais sempre farão parte da minha vida.

A todos os membros e pesquisadores do Laboratório de Geoquímica, em especial à Adriana, Celso e Leo pela fundamental colaboração para execução desse trabalho e principalmente pela amizade, boa convivência e pela ajuda nos experimentos e ao Matheus, eterno “Out Line”.

Aos pesquisadores e funcionários do Laboratório de Difração de Raios X - DEGEO – UFOP.

Ao Departamento de Geologia e aos professores da casa, principalmente aos Professores Cláudio Lana, Adivane, Hermínio, Angélica, Fábio e Jorge Lena.

Aos funcionários do DEGEO pela ajuda e disponibilidade sempre que solicitei, principalmente à Aparecida e Vânia. Aos motoristas da UFOP por terem satisfação em nos levar aos campos, com seriedade, alegria e paciência, principalmente ao Sapo.

Aos professores Hilde, Hermínio e Angélica, que aceitaram compor minha banca de qualificação e aos professores Flávio e Lívia por aceitarem compor minha banca de defesa e pelas sugestões e análises significativas para esse estudo.

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As amigas Marília e Sileimar, pela amizade, congressos e trabalhos juntas, à Laís pelas ajudas nos campos e laboratório, ao Maurílio, pela paciência em me ajudar no laboratório com estatísticas sempre com boa vontade e dedicação; ao Li, por me apressar na condução do trabalho. Em especial à minha amiga Dani Boanares, pelas boas risadas, por gostar da Serra da Brígida como eu, anotar todas as dicas pro meu trabalho e eterno companheirismo e, juntamente com o Pedro, formar o casal mais bacana da pós graduação. Agradeço de coração aos dois!

As eternas amigas Solange, Lu I, Patty, Lu II, Muranga, Nath e Marisa pelos encontros e a todas as ex-alunas e moradoras da República Snoopy e República Minas das Minas, minhas eternas casas. Aos amigos das Repúblicas Nau sem Rumo, Tabu e Gaiola pelas festas e boas conversas.

A Lu II, pelas aulas de estatística.

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Sumário

DEDICATÓRIA ... IX AGRADECIMENTOS ... X LISTA DE FIGURAS ... XVI LISTA DE TABELAS ... XXI RESUMO ... XXIII ABSTRACT ... XXV

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ... 01

1.1. Introdução ... 01

CAPÍTULO 2. REVISÃO NA LITERATURA ... 04

2.1. A mineração no quadrilátero ferrífero e seus impactos ambientais ... 04

2.2. Os campos ferruginosos e a recuperação de áreas degradadas pela mineração ... 07

2.3. Hiperacumuladoras e adaptações ecológicas ... 09

CAPÍTULO 3. OBJETIVOS ... 11

3.1. Objetivo Geral ... 11

3.2. Objetivos Específicos ... 11

CAPÍTULO 4. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 12

4.1. Caracterização da área de estudo ... 12

4.2. Vegetação ... 13

4.3. Clima e pluviosidade ... 14

4.4. Geologia ... 15

4.5. Geomorfologia ... 17

4.5.1. Topografia ... 17

4.6. Características do solo ... 18

4.6.1. Granulometria ... 18

4.6.2. Mineralogia ... 19

4.6.3. Fertilidade ... 19

CAPÍTULO 5. METODOLOGIA ... 21

5.1. Demarcação da área de estudo ... 21

5.2. Seleção das espécies e plantas ... 22

5.2.1. Primeira etapa ... 22

5.2.2. Segunda etapa ... 24

5.3. Características das plantas ... 25

5.3.1. Análise de elementos em folhas ... 25

5.3.1.1. Coleta de folhas ... 25

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5.3.3. Tamanho e área da copa das plantas ... 27

5.3.4. Coeficiente de translocação ... 28

5.3.5. Coeficiente de Absorção Biológica ... 29

5.4. Densidade e diversidade da flora sob as copas das espécies estudadas ... 29

5.5. Características do solo ... 31

5.5.1. Coleta de solos ... 31

5.5.2. Análise granulométrica ... 32

5.5.3. Composição mineralógica ... 33

5.5.4. Fertilidade do solo ... 33

5.5.5. Análise geoquímica por ICP - OES ... 34

5.5.5.1. Digestão total ... 34

5.5.5.2. Extração sequencial... 34

5.6. Análises estatísticas ... 35

CAPÍTULO 6. INTERAÇÃO SOLO-PLANTA E CAPACIDADE DE BIOACUMULAÇÃO DE DEZESSEIS ESPECIES CARACTERÍSTICAS DE UM CAMPO FERRUGINOSO PRESERVADO NA SERRA DA BRÍGIDA – MINAS GERAIS ... 37

6.1. Caracterização geoquímica do solo ... 37

6.1.1. Concentração total de elementos do solo ... 37

6.1.1.1. Macroelementos ... 37

6.1.1.2. Microelementos ... 39

6.1.1.3. Elementos não essenciais ... 40

6.1.2. Concentração dos elementos dos solos nas frações disponível, oxidável e redutível ... 42

6.1.3. Concentração disponibilizável do solo ... 47

6.2. Caracterização geoquímica de folhas ... 50

6.2.1. Macroelementos ... 50

6.2.2. Microelementos ... 51

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6.3. Bioacumulação de elementos em folhas ... 53

6.3.3. Elementos não essenciais ... 61

6.4. Discussão ... 65

6.4.1. Concentração de elementos em solo ... 65

6.4.2. Concentração dos elementos em folhas ... 70

6.4.3. Bioacumulação e bioextração dos elementos ... 74

CAPÍTULO 7. CONCENTRAÇÃO DE ALUMÍNIO EM ESPÉCIES DE MELASTOMATACEAE E INFLUÊNCIA SOBRE INDIVÍDUOS AO REDOR ... 78

7.1. Características geoquímica do solo ... 78

7.1.1. Concentração total dos elementos no solo ao redor das espécies de Melastomataceae ... 78

7.1.2. Concentração dos elementos do solo obtidos nas frações disponível, oxidável e redutível ... 81

7.1.3. Concentração disponibilizável dos elementos no solo ao redor das espécies ... 85

7.2. Caracterização química das plantas ... 88

7.2.3. Elementos não essenciais ... 94

7.3. Coeficiente de translocação (CT) ... 95

7.4. Coeficiente de Absorção Biológica (CAB) ... 98

7.5. Análise das comunidades de regenerantes ao redor das espécies L. Australis, M. Corallina e T. Heteromalla ... 100

7.6. Influência da concentração de Al na densidade e riqueza ao redor das espécies de Melastomataceae ... 104

7.6.1. Influência do Al na densidade ao redor das espécies de Melastomataceae... 104

7.6.2. Influência do Al na riqueza de espécies ao redor de L. australis, M. corallina e T. heteromalla ... 105

7.6.3. Influência da arquitetura de L. australis, M. corallina e T. heteromalla sobre a densidade e riqueza de espécies ao seu redor... 107

7.6.4. Padrões de distribuição das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla e os elementos disponíveis no solo ... 108

7.7. Discussão ... 110

7.7.1. Interação solo/planta nas espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla .... 110

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Lista de Figuras

Figura 2.1: Localização do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais ... 5

Figura 2.2: Área de canga na serra da Brígida, Ouro Preto, MG ... 6

Figura 4.1: Localização da área de estudo na Serra da Brígida, Ouro Preto, MG. O limite da área encontra-se em amarelo ... 12

Figura 4.2: Mapa do mosaico de unidades de conservação da APA Cachoeira das Andorinhas ... 13

Figura 4.3: Campo rupestre ferruginoso na serra da Brígida (Março/2013) ... 14

Figura 4.4: Temperatura média e pluviosidade mensal na Serra da Brígida no período de Janeiro de 2013 e Dezembro de 2013. Fonte: Estação meteorológica (Watch Dog 2000) ... 15

Figura 4.5: Mapa estrutural simplificado do Quadrilátero Ferrífero ... 17

Figura 4.6: Topografia da área de estudo (linha azul demonstrando as cotas mais altas do local de estudo e as linhas vermelhas os limites inferiores da área, as linhas pretas demonstram os pontos onde foram coletados os dados . As distâncias entre as linhas azul e vermelha foram de 8 metros e entre as linhas pretas de 5 metros). Figura 4.7: Granulometria da área de estudo ... 18

Figura 4.7: Granulometria da área de estudo ... 19

Figura 5.1: Áreas demarcadas no campo ferruginoso na vertente sudeste da serra da Brígida . 21 Figura 5.2: Demarcação da área no campo ferruginoso e identificação da área ... 22

Figura 5.3: Marcação das espécies dentro das áreas no campo ferruginoso. Em (a) Senna reniformis, (b) Lantana fucata, (c) Erythroxylum gonocladum, (d) Heteropterys campestris ... 23

Figura 5.4: Correlação da concentração de Al nas folhas e no solo ao redor das espécies acumuladoras de Al: L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Pearson = 0,865; p = 0,003), obtida a partir dos resultados da primeira etapa ... 24

Figura 5.5: Plantas selecionadas para a segunda etapa na Serra da Brígida. Sendo L. australis (azul), M. corallina (vermelho) e T. heteromalla (verde) ... 25

Figura 5.6: Espécies da família Melastomataceae selecionadas na segunda etapa. Em a - L. australis, b - M. corallina e c - T. heteromalla ... 25

Figura 5.7: Coleta de caule e raiz ... 27

Figura 5.8: Medição da altura de um indivíduo de Senna reniformis na área de estudo... 28

Figura 5.9: Demarcação da área ao redor de um indivíduo de Tibouchina heteromalla, na área de estudo localizada na Serra da Brígida, Ouro Preto, MG ... 30

Figura 5.10: Pontos de coleta de solo. O círculo central representa o caule da árvore ... 31

Figura 5.11: Fluxograma da análise do solo ... 32

Figura 5.12: Método de extração sequencial adaptado da proposta de (Tessier et al. 1979) ... 35

Figura 6.1: Coeficiente de Absorção Biológica de Cálcio, considerando-se as frações disponibilizáveis e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O. sem: O. semiserrata; M. mar: M. marginata; F. fuc: L. fucata ... 56

Figura 6.2: Coeficiente de Absorção Biológica de Potássio, considerando-se as frações

(19)

xvii

Figura 6.3: Coeficiente de Absorção Biológica de Magnésio, considerando-se as frações

disponibilizáveis e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M.

splendens; O. sem: O. semiserrata; M. mar: M. marginata; F. fuc: L. fucata ... 57

Figura 6.4: Coeficiente de Absorção Biológica de Fósforo, considerando-se as frações

Figura 6.5: Coeficiente de Absorção Biológica de Enxofre, considerando-se as frações

Figura 6.6: Coeficiente de Absorção Biológica de Cobre, considerando-se as frações disponibilizáveis

e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida _– MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O. sem: O.

semiserrata; M. mar: M. marginata; F. fuc: L. fucata ... 59

Figura 6.7: Coeficiente de Absorção Biológica de Ferro, considerando-se as frações disponibilizáveis

e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O. sem: O.

Figura 6.8: Coeficiente de Absorção Biológica de Manganês, considerando-se as frações

Figura 6.9: Coeficiente de Absorção Biológica de Sódio, considerando-se as frações disponibilizáveis

e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O. sem: O.

Figura 6.10: Coeficiente de Absorção Biológica de Zinco, considerando-se as frações

(20)

Figura 6.11: Coeficiente de Absorção Biológica de Alumínio, considerando-se as frações disponibilizáveis e totais desse elemento no solo e nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M.

Figura 6.12: Coeficiente de Absorção Biológica de Bário, considerando-se as frações

Figura 6.13: Coeficiente de Absorção Biológica de Cromo, considerando-se as frações

Figura 6.14: Coeficiente de Absorção Biológica de Estrôncio, considerando-se as frações

Figura 6.15: Coeficiente de Absorção Biológica de Titânio, considerando-se as frações

Figura 6.16 : Disponilidade de minerais em diferentes concentraçãoes de pH no solo ... 65

Figura 7.1: Comparação entre as concentrações totais dos macroelementos encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla. Letras diferentes indicam diferenças

significativas pelo Teste de Tukey (p<0,05) ... 80

Figura 7.2: Comparação entre as concentrações totais dos microelementos encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças

significativas pelo Teste de Tukey, p<0,05) ... 80 Figura 7.3: Comparação entre as concentrações totais dos elementos não essenciais encontrados no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam

diferenças significativas pelo Teste de Tukey, p<0,05) ... 81

Figura 7.4: Comparação entre as concentrações das etapas disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) dos macroelementos encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste de Tukey, p<0,05) 83

Figura 7.5: Comparação entre as concentrações das etapas disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) dos microelementos encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste de Tukey, p<0,05) 84

Figura 7.6: Comparação entre as concentrações das etapas disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) dos elementos não essenciais encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste de Tukey,

(21)

xix

Figura 7.8: Concentrações disponibilizáveis dos microelementos encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas

pelo Teste de Tukey, p<0,05) ... 87

Figura 7.9: Comparação entre as concentrações disponibilizáveis dos elementos não essenciais encontradas no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes

revelam diferença estatística pelo Teste de Tukey 5%) ... 88

Figura 7.10: Concentração dos elementos Ca, K, Mg, P e S na raiz, caule e folha das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste

de Tukey, p<0,05) ... 91

Figura 7.11: concentração dos elementos Cu, Fe, Mn, Na e Zn na raiz, caule e folha das espécies L.

australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste

de Tukey, p<0,05) ... 93

Figura 7.12: concentração dos elementos Al, Ba, Cr, Sr e Ti na raiz, caule e folha das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla (Letras diferentes indicam diferenças significativas pelo Teste

de Tukey, p<0,05) ... 95

Figura 7.13: Coeficiente de Translocação dos macroelementos, microelementos e elementos não essenciais das espécies L. australis ... 96

Figura 7.14: Coeficiente de Translocação dos macroelementos, microelementos e elementos não essenciais das espécies M. corallina ... 97

Figura 7.15: Coeficiente de Translocação dos macroelementos, microelementos e elementos não essenciais das espécies T. heteromalla ... 97

Figura 7.16: CAB (raiz/solo), CAB (caule/solo) e CAB (folha/solo) dos macroelementos,

microelementos e elementos não essenciais na espécie L. australis ... 99

Figura 7.17: CAB (raiz/solo), CAB (caule/solo) e CAB (folha/solo) dos macroelementos,

microelementos e elementos não essenciais na espécie M. corallina ... 99

.Figura 7.18: CAB (raiz/solo), CAB (caule/solo) e CAB (folha/solo) dos macroelementos,

microelementos e elementos não essenciais na espécie T. heteromalla ... 100

Figura 7.19: Espécies e suas respectivas densidades encontradas ao redor de L. australis, em um

campo ferruginoso localizado na Serra da Brígida, Ouro Preto, MG ... 102

Figura 7.20: Espécies ocorrentes e suas respectivas densidades ao redor de M. corallina, em um

Figura 7.21: Espécies e suas respectivas densidades encontradas ao redor de T. heteromalla, em um

Figura 7.22: Densidade de regenerantes ao redor das espécies L. australis , M. corallina e T. heteromalla e concentrações médias de Al (mgKg-1) em folhas das três espécies de Melastomataceae

... 105

Figura 7.23: Comparação da riqueza de espécies ao redor das espécies L. australis , M. corallina e T. heteromalla e concentrações médias de Al (mgKg-1) em folhas das três espécies de Melastomataceae.

(Letras diferentes revelam diferença estatística pelo Teste de Tukey 5%) ... 106

Figura 7.24: Dendrograma de similaridade das espécies encontradas ao redor da L. australis, M. corallina e T. heteromalla ... 107

Figura 7.25: Altura e área da copa das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla em um

(22)

Figura 7.26: Diagrama de ordenação produzido pela análise dos componentes principais (PCA) mostrando a distribuição dos elementos disponíveis no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla nos dois primeiros eixos de ordenação ... 109

(23)

xxi

Tabela 4.1:Coluna litoestratigráfica resumida do Quadrilátero Ferrífero ... 16

Tabela 4.2: Fertilidade geral da área de estudo ... 20

Tabela 5.1: Relação das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso da Serra da Brígida

- MG ... 23

Tabela 5.2: Programa de aquecimento em micro-ondas para a digestão de amostras de folhas 26

Tabela 5.3: Classificação de peneiras utilizadas para análise granulométrica ... 33

Tabela 6.1: Média e desvio padrão da concentração total dos macroelementos encontrados no solo ao

redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso situado na Serra da Brígida, Ouro Preto, Minas Gerais ... 38

Tabela 6.2: Concentração média e desvio padrão dos microelementos encontrados no solo total ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 39

Tabela 6.3: Concentração total (média e desvio padrão) dos elementos não essenciais encontrados no

solo ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 41

Tabela 6.4: Concentração média e desvio padrão dos macroelementos encontrados nos etapas

disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) do solo ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 43

Tabela 6.5: Concentração média e desvio padrão dos microelementos encontrados nos etapas

disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) do solo ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 44

Tabela 6.6: Concentração média e desvio padrão dos elementos não essenciais Al, Ba, Cr e Pb encontrados nos etapas disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) do solo ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 45

Tabela 6.7: Concentração média e desvio padrão dos elementos não essenciais Sr, Ti, V e Y encontrados nos etapas disponível (Dis), oxidável (Oxi) e redutível (Red) do solo ao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 46

Tabela 6.8: Concentração média e desvio padrão dos macroelementos disponibilizáveis encontrados

no soloao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 47

Tabela 6.9: Concentração média e desvio padrão dos microelementos disponibilizáveis encontrados

no soloao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 48

Tabela 6.10: Média e desvio padrão dos teores disponibilizáveis dos elementos não essenciais encontrados no soloao redor das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 49

Tabela 6.11: Concentração média e desvio padrão dos macroelementos encontrados nas folhas das 16

espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 50

Tabela 6.12: Concentração média e desvio padrão dos microelementos encontrados nas folhas das 16

espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 51

Tabela 6.13: Concentração média e desvio padrão dos elementos não essenciais encontrados nas folhas das 16 espécies selecionadas no campo ferruginoso ... 52

(24)

Tabela 6.15: Coeficiente de Absorção Biológico (CAB) utilizando os elementos totais do solo para as 16 espécies selecionadas no Campo Ferruginoso na Serra da Brígida MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O. sem: O. semiserrata; M. mar: M. marginata; F. fuc: L. fucata ... 54

Tabela 6.16: Coeficiente de Absorção Biológico (CAB) utilizando os elementos do solo

disponibilizáveisencontrados ao redor das 16 espécies selecionadas no Campo Ferruginoso na Serra da Brígida - MG. Sendo: B. ret: B. reticularia; E. ery: E. erythropappus; E. inc: E. incanus; E. gon: E. gonocladum; D. vil: D. villosa; P. med: P. mediterranea; S. ren: S. reniformis; B. var: B. variabilis; H. cam: H. campestris; L. aus: L. australis; M. cor: M. corallina; T. het: T. heteromalla; M. spl: M. splendens; O.9 sem: O. semiserrata; M. mar: M. marginata; F. fuc: L. fucata ... 55

.Tabela 7.1: Valores médios e desvio padrão das concentrações totais de macroelementos,

microelementos e elementos não essenciais no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e

T. heteromalla ... 79

Tabela 7.2: Valores médios e desvio padrão das concentrações das etapas disponível, oxidável e redutível de macroelementos, microelementos e elementos não essenciais no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla ... 82

Tabela 7.3: Valores médios e desvio padrão das concentrações disponibilizáveis de macroelementos,

microelementos e elementos não essenciais no solo ao redor das espécies L. australis, M. corallina e

T. heteromalla ... 86

Tabela 7.4: Valores médios e desvio padrão das concentrações de macroelementos, microelementos e

elementos não essenciais na raiz, caule e folha das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla

... 89

Tabela 7.5: Coeficiente de Translocação (CT) dos macroelementos, microelementos e elementos não

essenciais das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla ... 96

Tabela 7.6: Coeficiente de Absorção Biológico (CAB) utilizando os elementos do solo

disponibilizável e a concentração em raízes, caules e folhas das espécies L. australis, M. corallina e T. heteromalla ... 98

Tabela 7.7: Espécies encontradas ao redor das espécies L. australis (LA), M. corallina (MC) e T. heteromalla (TH) e suas respectivas densidades absolutas (DA), densidade relativa (DR) e frequência

absoluta (FA) em um campo ferruginoso da Serra da Brígida, Ouro Preto, MG ... 101

Tabela 7.8: Análise de componentes principais. Correlações entre as concentrações dos elementos disponíveis nos solos ao redor de L.australis, M. corallina e T. heteromalla e as duas componentes

(25)

xxiii

A despeito da alta demanda e urgência pela recuperação das áreas degradadas (RAD) pela mineração de ferro e bauxita em Minas Gerais e em diversas regiões no mundo, técnicas eficientes de revegetação ou restauração ambiental ainda não foram devidamente testadas e padronizadas. Na maioria das vezes, espécies vegetais exóticas e exigentes quanto ao seu manejo são empregadas, produzindo certa cobertura vegetal sobre a área degradada, mas nunca devolvendo ao sistema os serviços ecológicos pré-existentes nas áreas pristinas. Espécies nativas da área a ser revegetada e que sejam hiperacumuladoras dos metais abundantes e/ou potencialmente nocivos ao meio ambiente são consideradas a melhor opção para uso em projetos de RAD. Por outro lado, estudos recentes indicam que plantas hiperacumuladoras de determinados metais podem aumentar suas concentrações no solo a ponto de impedir o estabelecimento de espécies mais sensíveis, inviabilizando a restauração ecológica. Assim, talvez o uso de espécies acumuladoras em níveis intermediários de metais, ou de uma mistura de espécies com diferentes capacidades de acumulação e de exclusão de metais possa criar condições diferenciadas para o estabelecimento de maior número de espécies, ampliando as chances de restauração da área degradada. Entretanto, considerando-se a flora dos campos ferruginosos, a habilidade de fito-extrair ou de estabilizar metais é conhecida apenas para uma ínfima fração das espécies. Logo, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar espécies lenhosas comuns nos campos ferruginosos mineiros quanto ao potencial de fitoestabilização e fitoextração de elementos disponíveis no solo e, analisar se espécies acumuladoras de Al são capazes de modificar a concentração de metais no solo circundante a ponto de selecionar espécies recrutantes, afetando a densidade e diversidade ao redor de seus caules. As concentrações de elementos químicos em folhas e no solo ao redor de dezesseis espécies de um campo ferruginoso situado na Serra da Brígida, Ouro Preto, MG, foram determinadas. Como esperado, foram encontradas altas concentrações de Al, Fe e Mn no solo, entretanto, nenhuma das espécies foi considerada hiperacumuladora de qualquer dos metais. Com exceção das três espécies de Melastomataceae, as demais espécies caracterizam-se como exclusoras de ferro e alumínio. Quanto ao Mn, nove espécies o acumularam e sete o excluíram.

Tibouchina heteromalla, Miconia corallina e Leandra australis exibiram diferentes níveis de

acumulação de alumínio em suas folhas (1930, 2744 e 5694 mg.kg-1_{, respectivamente), mas a}

concentrações de Al nos solos ao redor das três espécies não diferiram significativamente. Apesar disso, maior diversidade de espécies foi encontrada ao redor de M. corallina (valor intermediário de

acúmulo de Al nas folhas) seguida por L. australis e T. heteromalla (menor concentração de Al nas

folhas). As duas primeiras apresentaram similaridade de espécies estabelecidas ao seu redor e diferiram de T. heteromalla. Especulou-se que a variação de outros elementos no solo (Mn e P, por

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(27)

xxv

bauxite mining in Minas Gerais and in several regions in the world, efficient techniques for reforestation or environmental restoration have not been properly tested and standardized. Generally, exotic and management demanding plant species are used, producing some vegetation cover on degraded areas, but never restoring the ecological services existing in pristine areas. Native and hyperaccumulator species of metals abundant and/or potentially harmful to the environment have been considered the best option for use in RAD projects. However, recent studies indicate that hyperaccumulator plants of certain metals can modify their concentrations in the soil in levels high enough to prevent the establishment of more sensitive species, preventing ecological restoration. Thus, maybe the use of metal accumulating species at intermediate levels, or a mixture of species with different capacities of metal accumulation and exclusion can create different conditions for the establishment of greater plant diversity, increasing the chances of restoration success. Unfortunately, the metal phytoextraction or stabilization potentials of the flora of ferruginous rocky outcrops is only known for a tiny fraction of the species. This study aimed to measure metal concentrations in leves of common ferruginous rocky outcrops woody species in Minas Gerais, and consider whether Al accumulating species are able to modify the metal concentration in the surrounding soil, facilitating the establishment of Al-tolerant species and inhibiting most the sensitive ones, and consequently, affecting the density and diversity around their stems. Concentrations of chemical elements in leaves and soils around sixteen woody species in a ferruginous rocky outcrop area at Serra da Brigida, Ouro Preto, MG, were determined. As expected, high concentrations of Al, Fe and Mn were found in the soil, however, none of the plant species was considered hyperaccumulator of any of the metals. Excepting three Melastomataceae, the other species were characterized as iron and aluminum excluders. Nine species accumulated Mn and seven excluded it. Tibouchina heteromalla, Miconia corallina and Leandra australis exhibited different levels of foliar Al accumulation (1930, 2744 and

5694 mg.kg-1_{, respectively), but the Al concentrations in soils around the three species did not differ}

significantly. Nevertheless, greater diversity of species was found around M. corallina (intermediate

value of Al accumulation in the leaves) followed by L. australis and T. heteromalla (lower

concentration of Al in the leaves). The first two showed similarity of species established around their stems and differed from T. heteromalla. It was speculated that the variation of other elements in the

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(29)

1 CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1-INTRODUÇÃO

A preocupação atual com a preservação do meio ambiente tem colocado em destaque a recuperação de áreas degradadas pela mineração de ferro, pois, essa exploração tem provocado perdas extensas de áreas de campos ferruginosos deixando a cobertura rica em metais pesados exposta ao intemperismo e a lixiviação Carmo (2010). Assim, segundo Cao et al. (2002), para recuperar essas

áreas, várias tecnologias estão disponíveis, porém, a maioria é dispendiosa. Contudo, estudos sobre espécies capazes de retirar do solo os metais pesados expostos pela mineração, denominadas hiperacumuladoras, surgiu como uma tecnologia eficaz e de baixo custo para a recuperação dessas áreas Tavares et al. (2013).

Segundo Nascimento e Xing (2006), uma planta para ser hiperacumuladora de metais deve ter a habilidade de extrair, em grande quantidade, os metais do solo ao redor e armazená-las preferencialmente nas partes aéreas. Assim, em todo o mundo, têm-se procurado por espécies que possam tolerar e crescer sob as condições inóspitas das áreas pós-mineração e que sejam hiperacumuladoras de metais e, potencialmente, facilitadoras do processo subsequente de revegetação Raskin et al.(1997). Além disso, em determinadas situações, a depender do intuito do projeto de

revegetação, espera-se que estas espécies possam também funcionar como nucleadoras, formando microhabitats propícios para o surgimento de uma série de novas espécies, dando início ao processo de colonização e sucessão ecológica, aumentando a diversidade de organismos, melhorando as condições de solo, e consequentemente, restaurando alguns processos ecossistêmicos Reis et al. (2003).

Alguns estudos têm sugerido que as plantas hiperacumuladoras possam interferir no estabelecimento de outras espécies menos tolerantes a altas concentrações de determinados metais, por concentrar ainda mais esses elementos no solo ao seu redor. O estudo de Bottoms (2001), observou que o aumento de Zinco no solo reduzia a taxa de germinação de várias espécies e; o estudo de El Mehdawi et al. (2011), verificou que havia uma seleção de plantas Selênio – tolerantes ao redor de

hiperacumuladoras de Selênio. No entanto, o estudo de Zhang et al. (2007) relatou que, embora ocorra

o aumento de Ni ao redor de uma hiperacumuladora, esse elemento é rapidamente mobilizado pelo Fe e Mn, inibindo o efeito alelopático sobre a germinação de sementes ao redor dessa espécie.

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das espécies. Além disso, a própria degradação da matéria orgânica gerada pelas hiperacumuladoras devolveria grandes quantidades de elementos ao solo e, neste sentido, o projeto de recuperação dessa área estaria fadado ao fracasso.

Essa questão, levantada a partir de observações realizadas por El Mehdawi et al. (2011) em

um habitat selenífero na área natural de Pinerigde no sudoeste de Fort Collins, Co, USA deve ser, entretanto, uma preocupação de abrangência mundial. No Brasil, por exemplo, regiões como o Quadrilátero Ferrífero, que concentram uma das maiores atividades mineradoras do país, possuem enorme e urgente demanda por mecanismos e processos para reabilitar ou restaurar áreas pós-mineração.

Segundo Martins et al. (2001), a maioria dos projetos de recuperação na região preocupa-se

somente com a cobertura da área degradada com algum tipo de planta que sobreviva nos solos metalíferos do ambiente pós-mineração, utilizando–se, em geral, espécies exóticas como gramíneas africanas, algumas leguminosas e eucaliptos. Não há praticamente estudos sobre sucessão ecológica nestas áreas utilizando plantas nativas, e sabe-se que muitas vezes, a manutenção deste empreendimento tem custos elevados, necessitando de correções de solos, aplicação de fertilizantes, irrigação, pesticidas, podas, replantio de parte das mudas ou até mesmo substituição completa da cobertura vegetal Grant et al. (2007).

O uso de espécies exóticas com necessidades constantes de manejo e sem nenhum estudo que comprove sua habilidade real de melhorar as condições do ambiente ao médio e longo prazos parece algo sem sentido, especialmente quando, em regiões como o Quadrilátero Ferrífero encontram-se ainda, grandes áreas de vegetação nativa adaptada às condições de solos rasos, naturalmente ricos em diversos metais, com baixa disponibilidade de água e nutrientes como fósforo e nitrogênio.. Os campos ferruginosos são ecossistemas altamente diversos e com grande número de espécies endêmicas, que evidentemente possuem mecanismos de tolerância às altas concentrações de determinados elementos, como Fe, Al e Mn Teixeira e Lemos Filho (1998). Entretanto, são poucos os estudos sobre a ecofisiologia destas espécies, e praticamente não se conhece seu potencial de fitoestabilização de metais em seus tecidos.

Estudos recentes demonstraram o grande potencial de plantas jovens da espécie nativa

Eremanthus erythropappus em crescer em áreas degradadas pela mineração de bauxita sem

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3

inibem o seu crescimento? Qual seria o potencial dessas espécies em agirem como pioneiras e acumularem metais em seus tecidos para facilitar a sucessão ecológica?

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CAPÍTULO 2

REVISÃO NA LITERATURA

2.1- A MINERAÇÃO NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO E SEUS IMPACTOS

AMBIENTAIS

A produção mineral é essencial para a vida moderna Farias (2002), sendo atividade base para vários setores como a siderurgia, a metalurgia, a indústria, a petroquímica e a de fertilizantes. Quando associada aos efeitos das indústrias de beneficiamento, a mineração pode ser considerada uma multiplicadora de bens, desempenhando, portanto, papel estratégico para a economia das nações DNPM (2012). De fato, segundo Parizzotto (1995), desde sua existência, o homem utiliza bens minerais para o desenvolvimento de suas populações.

O Brasil é o segundo maior produtor de minério de Ferro, com uma produção de 390 milhões de toneladas em 2011 sendo os estado de Minas Gerais (67%) e Pará (29,3%) os maiores produtores. Para 2016, a previsão de produção é de 820 milhões de toneladas IBRAM (2012), logo, a região do Quadrilátero Ferrífero é, sem dúvida, um dos locais mais importantes para a mineração de ferro do Brasil.

Essa região está situada na porção central do estado de Minas Gerais, abrangendo os municípios de Alvinópolis, Barão de Cocais, Belo Horizonte, Brumadinho, Caeté, Congonhas, Ibirité, Igarapé, Itabira, Itabirito, João Monlevade, Mariana, Nova Lima, Ouro Branco, Ouro Preto, Rio Acima, Sabará, Santa Bárbara, entre outros (Figura 2.1). Sua área é de aproximadamente 7.200 km2_e

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5

Figura 2.1: Localização do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais. Quadrículas representam as cidades pertencentes ao Quadrilátero ferrífero.

Fonte: CPRM/CODEMIG (2008)

Segundo Lobato et al. (2001), a exploração mineral na região começou durante o ciclo do ouro

entre 1700 e 1850, quando foram retirados cerca de 16 toneladas de ouro provenientes de aluviões e outros depósitos superficiais pelos bandeirantes. Porém, com a escassez do ouro nos aluviões, começou a exploração do minério de ferro na região, que perdura até os dias de hoje Diniz et al.

(2014).

De acordo com Constantino et al. (2002), a bauxita, um composto de hidróxidos de alumínio e

algumas impurezas (ferro, sílica, óxido de titânio e aluminossilicatos), é considerada o minério mais importante para a produção de alumínio. Os maiores depósitos de bauxita localizam-se nas zonas tropicais e subtropicais, que possuem ótimas condições climáticas para a sua formação Bárdossy e Aleva (1990). Segundo Carvalho et al. (1997), as primeiras informações sobre a ocorrência de

bauxitas no Brasil remontam à década de 1920, quando os depósitos foram encontrados em Ouro Preto (MG). Durante um longo período de tempo, esses depósitos foram única fonte de alumínio no Brasil.

Geralmente, nessas regiões com depósitos gigantescos de minério de ferro e bauxita, encontram-se as coberturas ferruginosas superficiais, denominados “cangas” (Figura 2.2), formadas

(34)

As cangas são consideradas, verdadeiras “ilhas de ferro” encontradas em topos e encostas das

serras do Quadrilátero Ferrífero Simmons (1963) entre 900 a 1.900 m de altitude.

Figura 2.2: Área de canga na serra da Brígida, Ouro Preto, MG.

Devido aos seus depósitos de alta qualidade em ferro e alumínio, todo o ecossistema associado às cangas vem sofrendo grandes impactos pela atividade mineradora de extração de minério de ferro e de bauxita. Os ambientes sobre os afloramentos ferruginosos e a vegetação associada chamados de campos ferruginosos, estão entre os mais ameaçados de Minas Gerais Jacobi et al. (2007) e segundo

Diniz et al. (2014) o impacto provocado pela mineração atuou drasticamente na cobertura vegetal

desses campos, sendo que entre os anos de 1985 a 2011 estima-se uma perda de 3.263,07 ha da vegetação nativa.

Além do desmatamento, outros impactos negativos da mineração também podem ser citados, como: a perda da camada biologicamente ativa do solo, a mobilização do solo, a erosão, o assoreamento de corpos d’água, a alteração de aquíferos subterrâneos, a contaminação da atmosfera e

das águas com metais e a perda de serviços ecossistêmicos em geral. Ao longo do tempo, caso nada seja feito para cessar, reverter ou minimizar tais processos degradantes, consequências negativas relevantes sobre a saúde das populações humanas, da flora e da fauna, assim como o funcionamento geral do ecossistema podem atingir proporções alarmantes Campos (2007).

(35)

7

vegetação, altera a paisagem e muda completamente o funcionamento do ecossistema Gardner (2001). A alta concentração de alumínio no solo exposto pela mineração de ferro e alumínio impede o cultivo da maior parte das plantas, pois quando solubilizado pela acidez do solo, ele se transforma no cátion Al3+_{, que é uma forma tóxica, com potencial de inibir o crescimento das raízes, causando deficiência}

na captação de água e nutrientes Kochian (1995) e, consequentemente, levando à morte das plantas. Além do alumínio, o ferro na forma de óxidos de ferro são capazes de adsorver o fósforo, o potássio e o zinco, diminuindo a saturação de base e causando distúrbios nutricionais nas plantas Zhang et al. (1999). Assim, tanto no caso do alumínio quanto do ferro, as altas concentrações desses

elementos nas áreas pós-mineração tornam a revegetação da área uma tarefa bastante complexa e dispendiosa. Espécies não adaptadas a tais condições necessitam de correções de solos e aplicação de fertilizantes para poderem se desenvolver em tais áreas degradadas.

2.2- OS CAMPOS FERRUGINOSOS E A RECUPERAÇÃO DE ÁREAS

DEGRADADAS PELA MINERAÇÃO

A definição de áreas degradadas tem sido amplamente discutida na literatura e difere muito entre os autores. Segundo Reichmann Neto (1993), áreas degradadas são aquelas que sofreram alterações de suas características originais, ou pela ação de causas naturais ou antrópicas. De acordo com Belensiefer (1998), áreas degradadas são aquelas que perderam sua aptidão para a produção, sendo complexo o seu retorno para um uso econômico. De acordo com o Decreto Federal 97.632/89,

“áreas degradas é um conjunto de processos resultantes de danos no meio ambiente, pelos quais se perdem ou se reduzem algumas de suas propriedades, tais como, a qualidade ou capacidade produtiva dos recursos ambientais".

Num contexto mais abrangente, qualquer adulteração causada pelo homem no ecossistema que causa algum tipo de degradação ambiental gera uma área degradada Piolli et al. (2004) contudo,

segundo Santos et al. (2011) uma área degradada independente do tipo de interferência, é aquela que

apresenta perda da vegetação nativa, redução da fauna, incapacidade de regeneração biótica e destruição da camada fértil. A partir dos conceitos relatados acima, é possível ver que o conceito de degradação está sempre relacionado a uma alteração ambiental adversa causada, geralmente, por atividades antrópicas.

(36)

através de projetos preestabelecido para o uso do solo só foi obrigatório a partir do Decreto nº 97.632 de 1989, porém a obrigação da recomposição de áreas degradadas por espécies nativas contida na Resolução CONAMA Nº 369/2006 só estende as áreas de preservação permanente (APP).

A RAD feita por plantas nativas exige um conhecimento aprofundado sobre os ecossistemas preexistentes e de como restabelecer as relações ecológicas entre solo, plantas e animais, permitindo assim, o reequilíbrio dinâmico da natureza em áreas que se encontram, atualmente, desprovidas dessas condições Reis e Zimmermann (1999).

A maioria dos projetos propostos para a recuperação dessas áreas ainda utilizam espécies exóticas com grande potencial adaptativo que provocam mudanças nos ecossistemas naturais, como, por exemplo, as espécies do gênero Pinus e as gramíneas do gênero Brachiaria Ziller (2000) e essa

invasão representa um grave problema para o funcionamento das áreas recuperadas, pois ameaça a diversidade local e dificulta a autorregeneração dos ecossistemas Freitas (1999); Martins et al. (2001)

e Silva (2003).

Porém, segundo Parrota e Knowles (1999), existe um esforço para que o processo de recuperação de áreas degradadas pela mineração seja feito por plantas nativas. No entanto, só há como utilizar essas plantas se houver o conhecimento prévio sobre a biologia dessas espécies e do funcionamento dessas comunidades Grant (2006). Os campos ferruginosos, um dos ecossistemas mais atingidos pela mineração de ferro, ocorrem normalmente sobre áreas de cangas, possuindo uma vegetação característica, com elementos herbáceo-arbustivos associados a afloramentos rochosos ou solos rasos Eiten (1983). Essa vegetação está associada ao solo com altas concentrações de metais como Al, Fe e Mn, sendo denominada de vegetação metalófila (vegetação que cresce associada aos solos com altas concentrações de metais) Vicent et al. (2002).

Segundo Skirycz (2014), muitas espécies da flora nativa de cangas apresentam estratégias adaptativas aos solos metalíferos. Dentre elas estão o acúmulo de metais, quando as plantas absorvem e mantém altas concentrações de metais em seus tecidos e a exclusão de metais, quando as plantas absorvem os metais, armazenam nas raízes ou evitam a entrada na planta e não alteram seus teores originais nos tecidos da parte aérea, mesmo quando o teor do metal no solo esteja alto Baker (1981).

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9

Entretanto, estudos relizados na região do Quadrilátero Ferrifero Porto e Silva (1989); Teixeira e Lemos Filho (1998) demonstraram que nesse ecossistema de “canga” há uma grande

diversidade de espécies vegetais tolerantes às condições de alta concentração de alumínio, ferro, manganês e outros elementos no solo, constituindo-se, portanto, em fonte de espécies com potencial para revegetação da área degradada pela mineração. Porém, com exceção de Eremanthus erythropappus, estudada na área degradada da Serra da Brígida, ao sudeste do Quadrilátero Ferrífero,

onde foram encontradas elevadas concentrações de Al e Fe Machado (2011); Figueiredo (2014), até o momento, não se conhecem os limites de tolerância e capacidade de bioacumulação das espécies dos campos ferruginosos.

2.3-

FITORREMEDIAÇÃO,

HIPERACUMULADORAS

E

ADAPTAÇÕES

ECOLÓGICAS

A primeira vez que o termo hiperacumuladoras foi proposto foi em um trabalho introduzido por Brooks et al. (1977) considerando plantas que absorviam altas concentrações de Ni. A partir daí,

várias definições para espécies hiperacumuladoras foram descritas, como por exemplo, Mcgrath (1998), que denominou as plantas hiperacumuladoras como as que possuem a capacidade de armazenar de 0,1% a 1% de metais específicos no seu peso seco; Baker et al. (2000), que sugeriram

que hiperacumuladoras seriam espécies que acumulam 100 vezes mais elementos tóxicos na parte aérea da planta do que outras espécies no mesmo local; Reeves e Baker (2000) e Watanabe (1997) que propuseram limites de acumulação na parte aérea das plantas para classificar as hiperacumuladoras de Cd e As (100 mg/Kg), Co, Cu, Cr, Ni e Pb (1000 mg/Kg) e Mn e Ni (10.000 mg/Kg). No entanto, Epa (2000) acrescentou também como hiperacumuladoras as espécies que acumulam metais nas raízes, removendo a limitação apenas pela parte aérea e Lin et al. (2012) consideraram hiperacumuladoras

apenas as espécies no seu habitat natural, excluindo as espécies que crescem em condições de laboratório.

Contudo, essa capacidade de acumular elementos em altas concentrações em tecidos vegetais é um atributo importante para uso em processos de fitorremediação

(fito = planta e remediação =

corrigir) EPA (2000),

através da fitoextração, pois se espera que essas plantas sejam capazes de reduzir os metais do solo facilitando o estabelecimento de novas plantas. Raskin et al. (1997).

(38)

Em um estudo sobre fitorremediação feito por El Mehdawi et al. (2011) com plantas que

cresciam ao redor de espécies hiperacumuladoras de selênio, demonstraram que houve um aumento da concentração desse elemento no solo ao redor das espécies hiperacumuladoras ao longo do tempo e isso inibia o crescimento de outras espécies de plantas Se-sensíveis ao seu redor. Ao mesmo tempo em outro estudo El Mehdawi et al. (2011) comprovaram que as espécies Se – tolerantes eram beneficiadas

pelas altas concentrações de Se no solo circundante, sendo estas mais resistentes à herbivoria. Com base nestes resultados, há uma hipótese de que uma alelopatia - efeito positivo ou negativo de compostos químicos produzidos principalmente por metabolismo secundário de plantas que influencia sobre o crescimento e desenvolvimento biológico dos ecossistemas Kruse et al. (2000); Olofsdotter et al. (2002); Weston (2005) - estaria inibindo, ou pela decomposição da serapilheira, ou pelo turnover

das raízes, processo pelo qual as raízes morrem e são substituídas por novas raízes em atividade Gill e Jackson (2000); West et al. (2004) ou, então, pela liberação do elemento pelas raízes -

fitoenriquecimento Wilson e Agnew (1992). Dessa forma, há limitações para o crescimento e desenvolvimento de espécies menos tolerante ao Selênio. No entanto, ainda não se sabe se há um padrão de comportamento de acumulação de metais no solo ao redor dos indivíduos hiperacumuladores em diferentes táxons e com os demais elementos químicos.

(39)

11 CAPÍTULO 3

OBJETIVOS

3.1- OBJETIVO GERAL

Pretende-se caracterizar um número representativo de espécies dos campos ferruginosos quanto ao seu potencial de fitoextrair ou fitoestabilizar elementos disponíveis em altas concentrações no solo e analisar se as acumuladoras de metais pesados são capazes de modificar a concentração de metais no solo circundante a ponto de inibir o estabelecimento de outras espécies ao seu redor.

3.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Selecionar 16 especies arbóreas-arbustiva bem representativas do campo ferruginoso da Serra da Brígida – MG.

 Determinar a concentração de elementos químicos nas folhas das 16 espécies arbóreas-arbustivas bem representadas na área de campo ferruginoso não impactado, e classificá-las quanto à capacidade de bioacumulação.

 Determinar a concentração dos elementos nas plantas (raiz, caule e folha) e no solo em torno de três espécies que forem capazes de acumular níveis baixo, médio e alto de alumínio nas folhas.

(40)

CAPÍTULO 4

CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

4.1- CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

O estudo foi realizado em uma área na serra de Brígida, localizada próxima a Fazenda da Brígida (UFOP) no Parque Natural Municipal Cachoeira das Andorinhas em Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil (-20º 21' 29'' - longitude -43º 30' 10'') (Figura 4.1).

Figura 4.1: Localização da área de estudo na Serra da Brígida, Ouro Preto, MG. O limite da área encontra-se em amarelo.

FONTE: Google Earth/2015

(41)

13

Figura 4.2: Mapa do mosaico de unidades de conservação da APA Cachoeira das Andorinhas

4.2-VEGETAÇÃO

A vegetação do local, denominada campo rupestre ferruginoso, ainda se encontra preservada e é composta por formações herbáceo-arbustivas associadas a afloramentos rochosos de itabiritos ou cangas Jacobi et al. (2008) (Figura 4.3). Essa vegetação geralmente ocorre em altitudes superiores a

(42)

Segundo Viana e Lombardi (2007); Jacobi et al. (2007); Jacobi e Carmo (2008) e Messias

(2011), as famílias com maiores riquezas nos campos ferruginosos inseridos no Quadrilátero Ferrífero são as Apocynaceae, Asteraceae, Bromeliaceae, Cyperaceae, Euphorbiaceae, Fabaceae, Malpighiaceae, Melastomataceae, Myrtaceae, Orchidaceae, Poaceae, Rubiaceae, Solanaceae, Velloziaceae e Verbenaceae. Particularmente na área de estudo, as famílias Asteraceae, Orquidaceae, Melastomataceae e Rubiaceae apresentaram maior número de espécies, sendo que as espécies

Tibouchina heteromalla (Melastomataceae), Baccharis serrulata (Asteraceae), Dyckia rariflora

(Bromeliaceae), Paliavana sericiflora (Gesneriaceae), Psylocarpus laricoides (Rubiaceae) foram as

que tiveram maior frequência no local Vale (2013).

Figura 4.3: Campo rupestre ferruginoso na serra da Brígida (Março/2013).

4.3-CLIMA E PLUVIOSIDADE

No local de estudo (média de 1500 m de altitude), predomina o clima tipo CWb que corresponde ao clima tropical de altitude e se caracteriza por verões chuvosos e brandos e invernos com baixas temperaturas Köppen (1931).

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15

significativamente menor do que a média histórica. Já a temperatura média da área de estudo foi de 16,9°C nos dois anos analisados, sendo a média histórica da região de Ouro Preto de 18°C CEMIG (2002).

Figura 4.4: Temperatura média e pluviosidade mensal na Serra da Brígida no período de Janeiro de 2013 e Dezembro de 2013. Fonte: Estação meteorológica (Watch Dog 2000).

4.4- GEOLOGIA

A serra da Brígida se encontra no domínio do Anticlinal de Mariana (Figura 4.5), onde afloram os metassedimentos de idade paleoproterozóica do Supergrupo Minas, mais especificamente do Grupo Itabira, que segundo Alkmim e Marshak (1998) apresenta uma porção superior (formação Gandarela) formada por dolomítos, filitos dolomíticos e mármores e uma parte inferior (formação Cauê) formada por itabiritos dolomíticos, itabiritos, xistos e filitos; esta última, aflorante na Serra da Brígida, em destaque na tabela 4.1:

Mais especificamente, a área de estudo se situa sobre as cangas (ricas em Fe) e bauxitas (ricas em Al), de idade terciária – tabela 4.1. Esses depósitos são formados em regiões com clima tropical úmido, como resultado da lixiviação de bases e sílica com a consequente concentração de óxidos e hidróxidos de Fe e Al de rochas subjacentes ricas em quartzo e hematita, como os itabiritos da formação Cauê Varajão (1988). Estas lateritas foram classificadas por Carvalho et al. (1997) como de

platôs elevados, formando as cumieiras de platô ligeiramente inclinados ou parte de encostas elevadas caracterizadas por teores muito baixos de sílica.

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

Pl

u

v

io

si

d

ad

e

(m

m

)

Tem

p

e

ratu

ra

(°

C)

T °C

(44)

Tabela 4.1: Coluna litoestratigráfica resumida do Quadrilátero Ferrífero destacando em amarelo a afloração encontrada na Serra da Brígida - MG

Idade Supergrupo Grupo Formação Litotipos

C

enoz

oi

co Formações superficiais: lateritas (bauxitas e

cangas)

Pal

eop

ro

ter

ozó

ico

Minas Itacolomi Indiviso Ortoquartzitos, quartzitos (matriz ferruginosa), filitos, quatzosos, filitos e conglomerados com

seixos de itabiritos

Sabará Indiviso Clorita-xistos, grauvacas, metafusos, conglomerados quartzitos, diamietitos,

turbiditos e itabiritos Piracicaba Barreiro Filitos e filitos grafitosos

Taboões Ortoquartzitos Fecho do

funil

Filitos, filito dolomítico e dolomítico silicoso

Cercadinho Quartzito ferruginoso, quartzitos, filitos ferruginosos e dolomitos Itabira Gandarela Dolomitos, filito dolomítico e calcário

Cauê Itabiritos, itabiritos dolomíticos, hematita, lentes de xistos e filitos

Caraça Batatal Filito e filito grafitosos, metachert e formação ferrífera

Moeda Metaconglomerado, quartzito e filitos

A

rquea

no

Rio das Velhas

Maquiné Indiviso Quartzitos, conglomerados, xistos e filitos Nova

Lima

Indiviso Filitos, xistos, formação ferríferas, dolomíticos quartzitos, metacherts, rochas máficas e

metaultramáficas Complexos

metamórfic os

Indiviso Indiviso Gnaisses bandados, gnaisses migmatíticos, augen – gnaisses e granitos