ISSN 0798 1015

Vol. 38 (Nº 09) Año 2017. Pág. 8

Potencial fitoextrator da espécie vegetal Helianthus annuus l. em solo contaminado por chumbo

Phytoextractor potential of plant species Helianthus annuus l. in soil contaminated with lead

Panthy Michelle BOFFE 1; Rubens Perez CALEGARI 2; Daiane C. R. de SOUZA 3; Priscila Soraia da CONCEIÇÃO 4; Denise Andreia SZYMCZAK 5; Dinéia TESSARO 6

Recibido: 06/09/16 • Aprobado: 01/10/2016

Conteúdo

1. Introdução

2. Material e métodos

3. Resultados e Discussão

4. Conclusões

Referências

1. Introdução

Os metais pesados não são essenciais aos seres vivos, além de não apresentarem funções nos organismos, causam efeitos deletérios em vários componentes da biota, como é o caso do Cd, As, Cr, Pb, Hg. Diante disso, a elevada concentração de metais pesados no solo constitui-se em um problema ambiental e de saúde pública, tornando-se as principais substâncias contaminantes do solo, água e vegetais (MARCHI et al., 2009).

Além de sua característica tóxica, quando em altas concentrações, os metais pesados também apresentam potencial bioacumulador no organismo dos seres vivos. Segundo Baird & Cann (2011), suas concentrações tendem a aumentar progressivamente ao longo da cadeia alimentar, por se tratar de um elemento cujas características não permitem sua total degradação pelos organismos vivos.

Concentrações tóxicas de chumbo são frequentemente encontradas em efluentes agrícolas, minas e em atividades de indústrias metalúrgicas, às vezes, até nos recursos naturais destinados para o consumo humano (ATSDR, 2011; LYUBENOVA et al., 2013; RODRIGUEZ-HERNANDEZ et al., 2015).

Considerado um metal não essencial ao organismo humano, o chumbo, quando em altas concentrações, pode desencadear efeitos nocivos sobre o sistema nervoso, causando dores de cabeça, convulsões, delírios e tremores musculares. Além disso, pode agir sobre o sistema gastrointestinal, provocando náuseas e vômito, bem como danos renais e problemas de fertilidade (PAOLIELLO & CHASIN, 2001; BOSSO & ENZWEILER, 2008).

Nos sistemas vegetais, a presença de chumbo pode causar disfunções bioquímicas, morfológicas e fisiológicas, que afetam a fotossíntese, o DNA (SHAHID et al., 2011; GALLEGO et al., 2012), a variedade e quantidade de ácidos orgânicos secretados (RASCIO & NAVARI-IZZO, 2011; NIU, et al., 2012), aumentar a suscetibilidade a doenças, como a clorose e a necrose foliar, além da redução do crescimento das raízes e parte aérea (PEREIRA et al., 2013). Entretanto, algumas espécies de plantas são capazes de sobreviver e adaptar-se em ambientes contaminados com metais pesados, além de serem capazes de remover grandes quantidades dos poluentes, caracterizando-se como plantas fitorremediadoras (DAZY et al., 2009; NADGÓRSKA-SOCHA et al., 2015).

A fitorremediação é uma técnica de descontaminação da água e do solo, que associa o emprego de plantas, de sua microbiota, do solo e de práticas agronômicas que, em conjunto, possam garantir a remoção ou imobilização de contaminantes do ambiente (ACCIOLY & SIQUEIRA, 2000; MONQUEIRO et al., 2013). Considerada uma técnica relativamente barata, de fácil aplicação e sustentável quando comparada a métodos químicos utilizados para a remoção de metais pesados presentes no solo (ERNST, 2000; WENZEL, 2009; ZALEWSKA, 2012; ZALEWSKA & NOGALSKA, 2014). Nos últimos 20 anos, essa tecnologia tornou-se popularmente empregada em solos contaminados por diversos poluentes, tais como: chumbo, urânio, arsênio, cromo, entre outros (ULLAH et al., 2011), tendo se tornado uma alternativa economicamente viável e esteticamente aceitável (PILON-SMITS, 2005; LONE, et al., 2010; NADGÓRSKA-SOCHA et al., 2015).

Uma planta fitoextratora ideal deve ter como principais características a tolerância à alta concentração do poluente presente no solo, rápido crescimento, baixa exigência de água, eficiência na remoção do poluente, não ser invasiva e apresentar certa resistência a pragas e doenças, bem como, possuir baixa exigência de insumos e ser de fácil colheita (HERZIG et al., 2014). A eficiência da fitoextração pode ser aprimorada ao utilizar cultivares selecionadas e geneticamente melhoradas, aliada a boas técnicas de cultivo (NEHNEVAJOVA et al., 2009; VANGRONSVELD et al., 2009; HERZIG et al., 2014).

As plantas de girassol (Helianthus annuus L.) podem ser utilizadas para remediação de solos contaminados com metais pesados, sendo plantas capazes de remover grandes quantidades de chumbo, cobre (YEH et al., 2015) e zinco, além de tolerar altas concentrações de metais no solo (ZALEWSKA & NOGALSKA, 2014; HERZIG et al., 2014). Adicionalmente, o girassol é sabidamente uma planta produtora de óleo, o qual pode ser utilizado para a produção de biocombustível, permitindo, desta forma, melhorar o balanço econômico do processo de fitorremediação (NEHNEVAJOVA et al., 2005; YEH et al., 2015).

Considera-se ainda como umas das principais vantagens do uso de girassol nos processos de fitorremediação o fato da planta apresentar ciclo vegetativo curto, aproximadamente 110 dias entre plantio e colheita (LIMA, 2010) e poder ser cultivada em diferentes tipos de solo, variações de temperatura e pH. Com grande importância econômica, o girassol apresenta baixa incidência de doenças e pragas, contribuindo para o aumento da eficiência da fitorremediação e facilitando os trabalhos de manejo (LIMA, 2010; MARIANO & OKUMURA, 2012).

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial fitoextrator e a produção de biomassa dogirassol, quando cultivado em solo contaminado por chumbo, proveniente de uma antiga recicladora de bateria.

2. Material e métodos

O experimento foi conduzido de agosto a outubro de 2014, em casa de vegetação localizada no viveiro municipal de Francisco Beltrão – PR. Para o estudo de fitoextração, foram coletados a uma profundidade de 0-20 cm, aproximadamente 30 kg de Latossolo Vermelho contaminado por chumbo, proveniente da área de uma antiga recicladora de baterias localizada na região rural do município de Marmeleiro -PR, nas imediações da Rodovia BR 280 (26° 09’ 36.17” S; 53° 02’ 15.12” O).

O clima local é classificado como subtropical úmido mesotérmico (Cfa), segundo classificação de Köppen-Geiger (EMBRAPA, 2006; FRANCISCO BELTRÃO, 2012). A área contaminada por chumbo, de onde foi extraído o solo em estudo, encontra-se abandonada há mais de 5 anos devido ações movidas pelo Ministério Público e pelo Instituto Ambiental do Paraná (IAP), em decorrência de altos níveis de chumbo encontrados no solo pelo manuseio e destinação inadequada dos resíduos durante a reciclagem das baterias.

Além do solo contaminado, também foi utilizado 30 kg de solo não contaminado, que correspondeu à testemunha e serviu como parâmetro na comparação do desenvolvimento do girassol quando cultivado sob as mesmas condições. Este, foi coletado a 0-20 cm de profundidade nas dependências do campus da UTFPR-FB (26º05’03,80” S; 53º04’57,73” O), em área de preservação permanente. Após a coleta, as amostras foram secas ao ar e distribuídas em vasos de polietileno contendo 5 kg de solo em cada.

Adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado, com seis repetições. Sendo seis unidades destinadas ao plantio de girassol em solo contaminado e seis unidades em solo testemunha, perfazendo um total de doze unidades experimentais.

Para o conhecimento das características iniciais, previamente ao cultivo da espécie de interesse, foi pesado 0,5 kg de solo de ambas amostras, as quais foram submetidas a análises físico-químicas de rotina (Embrapa, 2009) e determinação da concentração de chumbo por espectrofotometria de absorção atômica (Tabela 1).

Tabela 1: Atributos físico-químicos do solo

Fonte: Laboratório de análises agrícolas e ambientais Ltda – Agrilab (2014);
Laboratório de Análises Físico-químicas – Nucleotec (2014).

O experimento foi conduzido durante 60 dias. As mudas de girassol foram produzidas a partir de sementes, as quais foram cultivadas em substrato comercial para plantas (Humus Fértil) e mantidas em estufa telada. O raleio e a transferência das mudas para os vasos de polietileno de 5 L cada, ocorreram 12 dias após o plantio, quando as mudas já apresentavam o primeiro par de folhas e certa rigidez do caule. Após o raleio, as plantas foram irrigadas duas vezes por dia através de um sistema de irrigação automatizado por aspersão implantado no viveiro. A temperatura média dentro da estufa durante o período do experimento variou entre 25ºC e 30ºC.

Transcorridos 60 dias após o início do processo de fitorremediação, as plantas foram avaliadas quanto aos seguintes parâmetros fitométricos: Comprimento de raiz (CR), Comprimento da Parte área (CPA), Número de folhas (NF), Massa Fresca da Parte Aérea (MFPA), Massa Fresca da Raiz (MFR), Massa Fresca Total (MFT), Diâmetro do coleto (DC), Massa Seca de Raiz (MSR), Massa Seca de Parte Aérea (MSPA) e Massa Seca Total (MST).

A determinação dos parâmetros CR e CPA foram realizados com auxílio de régua graduada em milímetros, enquanto o NF foi verificado por contagem. O parâmetro DC por sua vez, foi determinado com paquímetro digital calibrado. Realizada a mensuração destes parâmetros, as plantas foram segregadas em raiz e parte aérea para a determinação dos parâmetros de MFR e MFPA e MFT, com auxílio de balança eletrônica com precisão de 0,0001 g. Após a mensuração destes parâmetros, as raízes e partes aéreas foram acondicionadas individualmente em sacos de papel Kraft e secas em estufa de circulação de ar, a 60ºC até peso constante, com posterior pesagem em balança de precisão para determinação da MSPA, MSR e MST.

Além dos parâmetros fitométricos, em cada unidade experimental, foi observado a presença de sintomas fitotóxicos, tais como clorose e necrose. O desenvolvimento do girassol também foi avaliado, levado em consideração, a existência ou não, de botões florais.

As análises da concentração de chumbo nos tecidos vegetais da planta foram realizadas segundo o método de espectrofotometria de absorção atômica. Para isso, foram selecionados aleatoriamente, três girassóis cultivados em solo contaminado. As plantas foram segregadas em raiz e parte aérea e acondicionados individualmente em sacos plásticos estéreis e encaminhadas para laboratório.

O cálculo do fator de transferência (Ftrans= teor Pb planta/teor Pb solo) foi realizado com o objetivo de avaliar o potencial extrator de chumbo pelo girassol (Lubben & Sauerbeck, 1991). Já o fator de translocação (FT= teor Pb parte aérea/teor Pb raiz) teve a finalidade de avaliar

a capacidade da planta em translocar o contaminante para a parte aérea (Min et al., 2007). 

Os dados coletados, foram analisados segundo um delineamento inteiramente casualizado com dois tratamentos e seis repetições e, submetidos a análise de variância e ao teste de médias de Tukey (p<0,05), utilizando o software Assistat 7.7.

3. Resultados e Discussão

3.1. Análise dos parâmetros fitométricos e biomassa vegetal

A análise dos parâmetros fitométricos dos girassóis cultivados em solo contaminado e testemunha demonstrou que apenas os parâmetros de MSR, MFPA, MSPA e MST apresentaram diferença significativa no solo contaminado após os 60 dias de plantio (p-valor < 0,05) (Tabela 2).

Tabela 2: valores médios dos parâmetros fitométricos e produção de biomassa analisados no girassol

*Médias seguidas pela mesma letra na mesma coluna não diferem entre si ao nível de 5% de significância pelo Teste de Tukey. CPA: comprimento da parte aérea; NF: número de folhas; DC: diâmetro do caule; CR: comprimento da raiz; MFR: massa fresca da raiz; MFPA: massa fresca da parte aérea; MFT: massa fresca total; MSP: massa seca da parte aérea; MSR: massa seca da raiz; MST: massa seca total.

Com relação à produção de Massa Seca da Raiz (MSR), observou-se que o girassol cultivado em solo contaminado (1.989,62 mg kg^-1 de Pb) obteve produção de raízes estatisticamente inferior quando comparado ao girassol cultivado no solo testemunha (2,2 mg kg^-1 de Pb). Este resultado é semelhante ao encontrado no estudo de SILVA et al. (2013), o qual teve como objetivo, avaliar o desenvolvimento do girassol em solo contaminado com doses crescentes de chumbo. Os autores verificaram que a medida em que o girassol foi exposto as doses crescentes do metal, a produção de MSR foi reduzida de maneira significativa.

A baixa produção de MSR dos girassóis cultivados em solo contaminado pode estar atrelada ao fato da mesma estar exposta a uma concentração muito grande de chumbo, concluindo que este metal foi capaz de causar alterações na produção de MSR do girassol. A redução de MSR pode estar relacionada ao fato do chumbo inibir a absorção de cálcio pela planta, cujo nutriente é essencial ao bom desenvolvimento das raízes vegetais (ABREU et al. 2013; RODRIGUEZ-HERNANDEZ et al., 2015).

Além da MSR reduzida nas plantas cultivadas em solo contaminado, observou-se ainda nesta condição, o desenvolvimento excessivo de raízes secundárias. Este fato pode estar associado à alta concentração de chumbo, expondo os girassóis a um estresse ambiental que impediu o desenvolvimento da raiz pivotante e consequentemente, maior número de raízes secundárias (DUTRA et al., 2012). Em solos argilosos onde os metais normalmente ficam retidos nas camadas superficiais, a abundância de raízes é um fator importante, pois elas são capazes de promover a absorção de grandes quantidades de chumbo, devido a maior área de contato entre raiz e contaminante (MARQUES et al., 2000).

Os demais parâmetros, MSPA, MST e MFPA também foram influenciados pela contaminação corroborando com os resultados obtidos por outros autores, em que a produção de biomassa foi significativamente reduzida em solos contaminados por chumbo, indicando que para estes parâmetros a concentração do metal foi capaz de inibir o desenvolvimento do girassol (ANDRADE et al., 2009; SILVA et al., 2013;).

A baixa produção de MST em solo contaminado pode ocorrer não apenas pela baixa capacidade das plantas em desenvolver-se em ambiente contaminado, mas também à elevada capacidade de absorção do metal em seus tecidos. Esta condição, confere a planta o título de espécie hiperacumuladora, sendo conhecida pela baixa produção de massa seca e alta absorção de metais pesados (MARQUES et al., 2009). Diferentemente do que ocorre em plantas acumuladoras, que produzem grandes quantidades de matéria seca, no entanto, absorvem e acumulam menores concentrações de metais em seus tecidos (TAVARES et al., 2013).

Os parâmetros de CPA, NF, DC, CR e MFR apresentaram-se dentro da normalidade (p-valor < 0,05), indicando que estes parâmetros não foram afetados de maneira significativa mesmo o girassol sendo exposto a altas concentrações de chumbo.

No decorrer do experimento, foi possível identificar alguns sintomas de fitotoxidez nas plantas pela presença de folhas cloróticas com pontos já necrosados. Estes resultados corroboram com os resultados obtidos por Andrade et al. (2009), que ao estudar o potencial fitoextrator do girassol em solo contaminado por chumbo, verificou que as plantas apresentaram sintomas de clorose e necrose foliar.

Em estudo desenvolvido por Abreu et al. (2013), avaliando os teores de clorofila em girassóis cultivados em solução nutritiva contaminada por chumbo, pôde-se observar que conforme o incremento de chumbo aplicado a solução, mais intensa foi a clorose foliar nas plantas. Este fenômeno pode estar associado ao fato do chumbo interferir na absorção de ferro e magnésio pela planta, elementos fundamentais para a biossíntese das moléculas de clorofila (Abreu et al., 2013).

3.2. Análise química do solo

Analisando as características físico-químicas (Tabela 1) e utilizando o diagrama triangular para a classificação textural de solos (EMBRAPA, 2006), constata-se que o solo contaminado utilizado no estudo da fitorremediação pode ser definido como argiloso e de CTC alta. De acordo com Tavares et al., (2013), em estudos sobre fitorremediação de metais, quanto maior a CTC, menor a mobilidade destes metais no perfil do solo. Portanto, em solos argilosos é comum encontrar grandes concentrações de metais pesados depositados nas camadas superficiais.

Com relação ao pH, tem-se que valores baixos (menores que 5,5) correspondem a maiores concentrações de íons H+ disponíveis na solução do solo, contribuindo para o aumento da competição de adsorção destes com metais pesados (JIMENEZ; BOSCO; CARVALHO, 2004). Portanto, quanto menor o pH, maior a concentração de metais na solução do solo, devido à dificuldade dos mesmos em serem adsorvidos por coloides negativos, favorecendo a absorção de metais pelas plantas (JIMENEZ; BOSCO; CARVALHO, 2004;). Desta forma, como o pH do solo utilizado para os processos de fitorremediação é ácido, possivelmente tenha influenciado a absorção de metais pelas plantas, explicando em partes a elevada concentração do metal nos tecidos vegetais.

3.3. Concentração de chumbo no tecido vegetal

Garbisu e Alikorta (2001) afirmam que o chumbo é um elemento que permanece retido em maiores concentrações nas raízes em detrimento da parte aérea, mostrando que espécies tolerantes acumulam maiores concentrações dos contaminantes no sistema radicular, limitando a translocação do metal para a porção aérea devido às barreiras fisiológicas impostas pela planta.

O potencial fitoextrator de espécies vegetais é geralmente avaliado pela comparação entre as concentrações do poluente acumulado nas raízes e na parte aérea da planta (MARQUES et al., 2009). Neste trabalho, a determinação das concentrações de chumbo evidenciou que a espécie Helianthus annus L. apresentou concentrações distintas com relação ao acúmulo do metal no sistema radicular e parte aérea.

Após as análises, observou-se significativa absorção de chumbo pelas raízes, no entanto, com pouca translocação para a parte aérea (Tabela 3). Resultados semelhantes foram encontrados nos estudos de Zeitouni (2003), o qual o girassol utilizado em seu experimento apresentou baixa concentração de chumbo na parte aérea da planta.

Tabela 3: Análises de chumbo no tecido vegetal

*Médias seguidas por letras diferentes na mesma linha diferem entre si ao nível de 5% de significância pelo Teste de Tukey.
** FT próximo a 1 = eficientes;  

Apesar da translocação do contaminante para a parte aérea da planta ser um fator desejável para os processos de fitoextração, o sucesso desta técnica não depende apenas deste aspecto, mas também da produção de biomassa e tolerância da espécie em absorver grandes quantidades de chumbo, podendo este ser expresso pelo fator de transferência (Ftrans) (NASCIMENTO & XING, 2006; ROMEIRO et al., 2007). Sendo assim, apesar do girassol ter apresentado baixo fator de translocação (FT= 0,0084), cabe destacar que o mesmo apresentou significativo fator de transferência (Ftrans= 0,49), podendo o girassol ser utilizado para a prática de fitoextração por raízes, uma vez que grande parte do contaminante ficou retido no sistema radicular da planta.

Na prática de fitoextração, a alta translocação do contaminante para a parte aérea da planta é preferível devido ás facilidades de manejo após o processo de remediação. No entanto, existe grande vantagem quando o contaminante fica retido em maior concentração no sistema radicular da planta, reduzindo a possibilidade de contaminação ao longo da cadeia trófica (NASCIMENTO & XING, 2006).

De acordo com Tavares (2009), plantas hiperacumuladoras são espécies vegetais muito utilizadas nos processos de fitorremediação, as quais são capazes de acumular em seus tecidos valores superiores a 1.000 mg kg -1 de chumbo. Andrade et al. (2009) estudando o potencial do girassol, aveia preta e grama batatais em extrair metais pesados no solo, verificou que apenas na concentração acima de 9.000 mg kg^-1 de Pb, as três espécies foram capazes de acumular mais de 1.000 mg kg -1 de Pb. Verificou-se também, que as concentrações desde metal na parte aérea foram muito inferiores quando comparadas com a concentração das raízes.

Neste trabalho, apesar do baixo fator de translocação (FT= 0,0084), observou-se quantidades significativas de chumbo no sistema radicular (960,20 mg kg^-1), atribuindo ao girassol o título de planta hiperacumuladora de chumbo.

4. Conclusões

A espécie Helianthus annuus L. apresenta elevado potencial de extração de chumbo podendo ser considerada uma planta hiperacumuladora.

O girassol apresenta elevado fator de transferência de chumbo, com acúmulo em maior concentração no sistema radicular da planta.

O fator de translocação do girassol é baixo, impedindo o acúmulo de chumbo na parte aérea.

O acúmulo de metal reduziu a produção de biomassa da planta.

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1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Ambiental, Linha Santa Bárbara s/n, CEP 85601-970, Francisco Beltrão, PR, Brasil. Email: panthymboffe@hotmail.com

2. USP/ESALQ, Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição, Av. Pádua Dias, 11, CEP 13418-900, Piracicaba, SP, Brasil. Email: rubenscalegari@live.com

3. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Ambiental, Linha Santa Bárbara s/n, CEP 85601-970, Francisco Beltrão, PR, Brasil.

4. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Ambiental, Linha Santa Bárbara s/n, CEP 85601-970, Francisco Beltrão, PR, Brasil. Email:priscilas@utfpr.edu.br

5. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Ambiental, Linha Santa Bárbara s/n, CEP 85601-970, Francisco Beltrão, PR, Brasil. Email: deniseszymczak@gmail.com

6. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Estrada para Boa Esperança, Km 04, CEP 85660-000, Dois Vizinhos, PR, Brasil: E-mail: dtessaro@utfpr.edu.br