930 - VIICNGVolII034 - Sociedade Geológica de Portugal

Bioacumulação de metais tóxicos em Juncus effusus L. nas lagoas
ácidas da mina do Lousal. Resultados preliminares.
Toxic metals bioaccumulation in Juncus effusus L. in the acid waters
lagoons of the Lousal mine. Preliminary results.
Nuno Durães1, Iuliu Bobos1, Eduardo Ferreira da Silva2, Carla Patinha2
1-GIMEF- Departamento de Geologia, FCUP e Centro de Geologia da Universidade do
Porto, Rua de Campo Alegre 687, 4168 -007 Porto
2- ELMAS - Departamento de Geociências, Universidade de Aveiro, Campus de
Santiago 3810-193, Aveiro
email: [email protected]
SUMÁRIO
A acumulação de metais tóxicos por plantas hiperacumuladoras é um assunto que tem despertado interesse, no
que diz respeito à recuperação ambiental de áreas mineiras abandonadas. O presente trabalho incide no estudo da
planta Juncus effusus L., que se verificou possuir uma grande capacidade de bioacumulação para o Zn. A ordem
da bioacumulação dos metais tóxicos pelo Juncus effusus L. é Zn>Cu>Cd >Pb.
Palavras-chave: Juncus effusus L.; mina do Lousal; metais tóxicos; bioacumulação.
SUMMARY
Plant species that accumulate high levels of metals in proportion to the metal content in the soil are of
considerable interest in environmental and remediation studies related to old mining áreas. This study was
aimed to investigate the accumulation of trace metals (Cu, Pb, Zn and Cd) in the plants Juncus effuses L. to
access their potencial to accumulate this elements. Our data suggests that Juncus effuses L. shows a high
potencial to accumulate this element following the trend Zn>Cu>Cd>Pb.
Key-words: Juncus effusus L.; Lousal mine; toxic metals; bioaccumulation.
ambientes e acumularem ou tolerarem metais pesados,
por processos de bioacumulação. A presença desta
mesma planta em áreas mineiras abandonadas de
Portugal já foi referida por outros autores [1].
Introdução
Nas zonas mineiras abandonadas, onde se encontram
frequentemente
depósitos
de
escombreiras
enriquecidos em sulfuretos, ocorrem processos de
oxidação e hidrolise que levam à produção de águas
extremamente ácidas e enriquecidas em metais. Estes
ambientes com características muito particulares
impedem o normal crescimento e desenvolvimento das
plantas. Existem contudo, plantas capazes de se
adaptarem a estes ambientes inóspitos. Essas plantas
incluem não só vegetação típica da região, mas
também, outro tipo de plantas de ocorrência
esporádica, que surgem com relativa frequência nestas
áreas. Uma das plantas que surge frequentemente em
zonas húmidas e onde os valores de pH tendem a ser
significativamente baixos é o Juncus effusus L.. Estas
plantas têm a capacidade de se adaptarem a estes
Estudos prévios acerca da geoquímica dos solos,
sedimentos e águas de superfície na mina do Lousal já
foram realizados [2], permitindo estabelecer
comparações com os dados por nós obtidos.
Contexto Geológico
A mina do Lousal situa-se na província do Baixo
Alentejo, mais precisamente, nas freguesias de
Azinheira dos Barros e S. Mamede do Sado, no
concelho de Grândola. Neste momento, encontra-se
numa fase de abandono.
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Trata-se de uma mina de sulfuretos polimetálicos
maciços, situada na parte NW da Faixa Piritosa Ibérica
(FPI), província metalogénica de referência,
que pertence à unidade geotectónica designada por
Zona Sul Portuguesa (ZSP) (Fig.1). A mineralização
ocorre no Complexo Vulcano-Sedimentar do Lousal
[3]. Os sulfuretos maciços de Lousal são constituídos,
predominantemente, por pirite (FeS2), e em menor
percentagem por calcopirite (CuFeS2), galena (PbS),
blenda (ZnS), pirrotite (FeS), marcasite (FeS2),
bournonite (CuPbSbS2), tetraedrite (Cu12Sb4S13),
arsenopirite (FeAsS), cobaltite (CoAsS), magnetite
(Fe2O4), saflorite [(Co,Fe)As2] e ouro nativo (Au) [4].
Fig.2: Amostra de Juncus effusus L..
Solos - Elaborou-se uma análise granulométrica deste
solo, podendo classificá-lo como silto-argiloso. Junto
da planta, o solo apresentava uma capa superficial, com
cerca de um centímetro, de cor vermelha (PSL1), o que
era indicativo, à partida, da presença de uma grande
concentração de óxidos de ferro, bem distinta da parte
subjacente com cor cinzenta escuro (PSL2).
Métodos de Análise Experimental
As amostras dos solos (PSL1 e PSL2) foram analisadas
por Espectrometria de Fluorescência de Raios X para
os elementos Cu, Pb, Zn e Cd. Paralelamente, foram
efectuados estudos de Difracção de Raios X para as
amostras de solos (PSL1 e PSL2), com recurso a um
aparelho da marca Philips X’Pert MPD, com radiação
de CuKα, com medição em 2θ de 0,05º, num intervalo
de medida em 2θ entre 2–70º e um tempo de contagem
de 10s, com o objectivo de estudar a composição
mineralógica das referidas amostras. Nas amostras de
cinza das raízes e caules foram efectuadas análises
químicas de Cu, Pb, Zn, Fe, Mn e Cd por
Espectrofotometria de Absorção Atómica. Para este
tipo de análise fez-se, previamente, uma decomposição
total das cinzas utilizando uma mistura ácida (HF, HCl
e HClO4).
Fig.1: Localização da mina de Lousal na Zona Sul
Portuguesa (adaptado [5]).
Descrição da Planta Juncus effusus L.
A espécie Juncus effusus L. (Fig. 2) trata-se de uma
planta de pequeno porte, cuja profundidade de
penetração das raízes não ultrapassa, em geral, os 5 cm,
abaixo da superfície do solo. Os caules têm superfície
lisa, posição vertical e coloração verde. Esta planta é
típica de climas temperados e sub-tropicais, ocorrentes
em áreas da América do Norte, Europa e Ásia, com
excepção de zonas áridas e regiões localizadas a altas
altitudes.
O Juncus effusus L. é tolerante a diversos tipos de
condições, embora seja mais comum em ambientes
com valores de pH variando entre 4 e 6. Contudo,
apresenta grande tolerância a pH baixos e a
concentrações elevadas de metais, permitindo a sua
sobrevivência
em
condições
de
toxicidade
considerável.
Resultados
Mineralogia do solo - A composição mineralógica do
solo foi determinada por Difracção de Raios X (DRX).
As fracções silto-argilosas dos solos são caracterizadas
pela presença de minerais argilosos, óxidos de ferro
hidratados, gesso, carbonatos, quartzo e sulfuretos. Na
amostra superficial do solo (PSL1) predominam o
gesso, as micas, o quartzo e FeO(OH) (este último não
individualizado) (Fig.3a), enquanto na amostra inferior
de solo (PSL2) identificaram-se clorites, micas,
quartzo, sulfuretos e FeO(OH) (este dois últimos não
individualizados) (Fig.3b). Esta análise sugere que os
sulfuretos, devido à sua elevada densidade, encontramse preferencialmente sedimentados em profundidade no
perfil do solo, enquanto à superfície ocorrem os
minerais resultantes dos processos de oxidação, ou
minerais com densidade mais baixa.
Metodologia de Preparação das Amostras
Preparação das Plantas - As amostras de Juncus
effusus L. foram recolhidas nas lagoas com pH=2,9 e
condutividade superior a 20.000 μS/cm, junto da mina
do Lousal. No laboratório procedeu-se à separação dos
caules e das raízes. Após lavagem em água destilada,
as raízes e os caules, foram colocados a secar numa
estufa a 65ºC, durante 24 horas.
Posteriormente, procedeu-se à moagem dos mesmos.
Uma determinada quantidade do material moído foi
guardada e devidamente selada, para posterior análise,
enquanto a restante foi reduzida a cinza a 550ºC,
durante 2h30min, para se provocar a destruição da
matéria orgânica.
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teores de 1,4%, maiores que o Cu e Pb, com teores de
0,7% e 0,8%, respectivamente [3].
Os resultados químicos sugerem que o Juncus effusus
L. apresenta para o Zn um potencial de bioacumulação
elevado e que este ocorre preferencialmente no caule
da planta. Em contraste, a bioacumulação do Cu e Pb
ocorre preferencialmente nas raízes.
Bioacumulação - A capacidade de bioacumulação dos
metais tóxicos pelo Juncus effusus L. foi avaliada
através razão entre a concentração média do metal na
planta e a respectiva concentração no solo. Os valores
elevados desta razão estão associados ao Zn (3.69) e
Cu (2.41), que mostram uma grande mobilidade de
migração do solo para planta. Os valores encontrados
para o Pb (0,68) e Cd (1,25) são mais baixos. Este facto
pode não só estar relacionado com a sua
disponibilidade no solo, para ser incorporado pela
planta, como também na facilidade que apresentam em
se combinarem com a matéria orgânica e sulfatos,
enquanto o Zn e Cu são os metais que actuam como
micronutrientes para o Juncus effusus L. Os teores de
Cd determinados nos solos são muito elevados, visto
que nos solos os teores médios de Cd são de 0,01 a
1ppm [6].
Toxicidade - Quer o Zn, quer o Cu, são elementos
essenciais para as plantas. A concentração média de Zn
nos solos varia de 17 a 125 mg.Kg-1 [7], para o Cu
varia entre 2 a 250 mg.Kg-1 [8], para o Pb varia entre
17 a 29 mg.Kg-1 [9], enquanto que para o Cd, tal como
já foi referido, os valores variam de 0,01 a 1 mg.Kg-1
[6]. As plantas são por norma muito toleráveis ao Zn,
considerando-se que valores acima dos 300 – 400
mg.Kg-1 valores de toxicidade para as plantas [7]. No
que diz respeito ao cobre, consideram-se valores acima
dos 20 mg.Kg-1 , como níveis de toxicidade para as
mesmas [7]. O Pb é fracamente translocado para as
partes superiores das plantas ficando retido
preferencialmente nas raízes [6], facto verificado para a
planta estudada. Valores de Pb nos solos entre os 100 –
500 mg.Kg-1 representam níveis de toxicidade para as
plantas [9]. No que diz respeito aos valores de Cd os
níveis considerados de toxicidade para as plantas
também são baixos, contudo as plantas tendem a ser
mais tolerantes a valores considerados altos de Cd, do
que os animais, motivo pelo qual, um consumo de
plantas consideradas sãs pode conduzir à intoxicação
dos animais e do próprio homem [6].
No que confere aos níveis de Fe e Mn, as plantas
tendem a ser bastante permissivas, situando-se estes
entre os 30 – 500 mg.Kg-1 para o caso do Mn e 18 –
1000 mg.Kg-1 para o caso do Fe [7]. Valores acima dos
500 mg.Kg-1 de Mn nas plantas são considerados, de
forma geral, valores de toxicidade para as mesmas [7],
enquanto que para o Fe a estimativa de valores é muito
relativa, visto que há uma enorme variação, consoante
o tipo de planta que se está a abordar.
Atendendo aos valores médios de toxicidade em
plantas, relativos à concentração dos metais analisados,
verifica-se que no presente caso esses níveis são
ultrapassados. Contudo, o crescimento do Juncus
effusus L. não foi afectado por esses índices elevados, o
que comprova a sua capacidade de adaptação a
ambientes inóspitos e a sua possível utilização em
Fig.3: Difractograma de Raios X das amostras de solo
– PSL1 (a) e PSL2 (b); M – micas, G – gesso, Cl –
clorite, Q – quartzo.
Geoquímica dos solos e plantas – A análise dos
resultados dos teores em Cu, Pb, Zn, Fe, Mn e Cd nas
amostras de solo e na planta (Tab.1) permite-nos
constatar que a acumulação dos metais é bastante
elevada. Para o caso dos solos a acumulação é maior na
camada inferior do solo que na camada superfícial.
Contudo, o aspecto mais relevante a salientar está
relacionado com a acumulação de metais na planta que
é muito superior à acumulação no solo onde se
encontra. Quando se comparam os valores de metais
presentes nas raízes e nos caules, verifica-se, que
contrariamente ao que seria de esperar, para o caso do
Zn, Cd e Mn existe uma maior acumulação no caule do
que nas raízes.
Tab.1: Análises químicas (mg.Kg-1) do solo e das
raízes e caules da espécie Juncus effusus L. (valores
referentes a Kg de cinza).
Amostra Cu Pb
Zn
Fe
Mn
Cd
PSL1
146 139 232
ND
ND
38
PSL2
192 173 1123
ND
ND
74
Raiz
13
568 170 1359 66411 949
Caule
245 42 3641 2238 7839 127
ND – Não determinado
Os valores de Zn no solo são elevados na amostra
PSL2, enquanto que os valores de Cu e Pb nas
amostras de solo são de um modo geral mais baixos.
No caso do Zn as massas do minério apresentavam
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bioremediação de áreas contaminadas com metais
tóxicos.
Conclusão
Os resultados apresentados atestam que o Juncus
effusus L. absorve do solo metais pesados que se
acumulam nas raízes ou noutros órgãos, sem modificálos. Além do facto, que os níveis de toxicidade são
ultrapassados, trata-se de uma planta hiperacumuladora
do Zn. De acordo com os dados preliminares obtidos, a
ordem da bioacumulação dos metais tóxicos pelo
Juncus effusus L. é Zn>Cu>Cd>Pb.
Agradecimentos
Nuno Durães agradece à Fundação para a Ciência e a
Tecnologia pelo apoio concedido no âmbito da bolsa
SFRH/BD/22413/2005.
Um agradecimento sincero ao revisor deste trabalho
pelas sugestões apresentadas.
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