Utilização de águas residuais tratadas na irrigação

UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Grupo de Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera
Utilização de águas residuais tratadas na
irrigação de Kenaf (Hibiscus cannabinus L.) efeito do ião amónio
Por
Bruno Miguel Garcia Barbosa
Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da
Universidade Nova de Lisboa para obtenção de grau de
Mestre em Energia e Bioenergia
Orientador: Profª. Doutora Ana Luísa Almaça da Cruz Fernando
Monte de Caparica
2010
“Utilização de águas residuais tratadas na irrigação de Kenaf (Hibiscus cannabinus L.)
- efeito do ião amónio” © Bruno Miguel Garcia Barbosa, FCT/UNL, UNL.
A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito,
perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de
exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer
outro meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de
repositórios científicos e de admitir a sua cópia e distribuiçao com objectivos
educacionais ou de investigacão, não comerciais, desde que seja dado crédito ao
autor e editor.
ii
AGRADECIMENTOS
Em primeira instância queria agradecer à professora Doutora Ana Luísa Fernando,
minha professora no mestrado e orientadora, pelo imprescindível e dedicado apoio
demonstrado em todas as etapas da dissertação, mas também pelo seu carácter e
modo sereno e sensato como orienta. Agradeço-lhe profunda e sinceramente, por tudo
isto, e pela oportunidade que tive de aprender e trabalhar, num tema em que me inicio
agora, mas que sempre me motivou e despoletou interesse. Obrigado pela motivação,
terá sempre o meu profundo reconhecimento.
Aos coordenadores do Mestrado em Energia e Bioenergia, Professora Doutora Benilde
Mendes e Professor Doutor Nuno Lapa, pela realização deste mestrado, pela selecção
e organização das disciplinas e respectivos conteúdos, pela oportunidade que me
deram de contactar com um elevado conjunto de materiais e equipamentos que
tornam amplo o alcance do curso, e enriquecem todos os que por aqui passam.
Obrigado pelo vosso trabalho.
Aos restantes professores do Mestrado em Energia e Bioenergia, que em todas as
disciplinas contribuíram para o enriquecimento da minha formação.
À Sara Boléo e à Dona Rita, pela indispensável e preciosa ajuda prestada no
laboratório, em diferentes fases deste trabalho.
Ao conjunto de professores do Teen Academy de Almada, colegas de trabalho no meu
segundo ano de mestrado, e em particular à Elisabete e à Sónia Almeida, pela
oportunidade e confiança que sempre depositaram em mim, num momento em que a
minha condição financeira e auto-estima poderiam ter inviabilizado todo este caminho.
É também graças ao vosso apoio e compreensão, e não somente pela minha vontade,
que o meu percurso no mestrado chegou a este ponto.
Ao Marcelo Ferreira, colega e amigo, que partilhou moradia e que desenvolveu em
paralelo o seu tema de dissertação. Obrigado pelo auxílio em alguns procedimentos e
operações no laboratório, pela disponibilidade demonstrada durante a recolha das
águas residuais, pelas manhãs conjuntas de rega das plantas e pela compreensão
demonstrada em determinados momentos, também noutros contextos.
Ao Ricardo, colega e amigo, pela disponibilidade demonstrada e pelas facilidades
concedidas tanto no que concerne à recolha das águas residuais no Campo de Tiro de
Alcochete utilizadas neste trabalho, como no resto da estadia nesse espaço. Agradeço
ainda aos restantes responsáveis pelo Campo de Tiro de Alcochete, pelas facilidades
concedidas, preponderantes para a realização deste projecto.
Agradeço também aos restantes colegas do mestrado que sempre me apoiaram, pela
paciência, pela amizade e pela relação que mantivemos.
Aos meus amigos de sempre que nunca me deixam esmorecer.
Aos meus pais, pelo suporte, compreensão e amizade dedicados em toda a minha
vida. Não só vos agradeço por tudo que fizestes por mim, por tudo o que acreditastes
iii
e sonhastes comigo, como também vos devo uma homenagem neste trabalho. Aos
meus avôs, pelas mesmas razões, vos presto homenagem e vos guardo a vossa
saudosa memória. Mas em especial, agradeço ao meu avô Miguel, que continua firme
depois de uma longa e árdua caminhada, pelo seu exemplo e pelo seu desejo por
muito tempo perseguido de estudar, mas que não teve nem a oportunidade nem o
apoio necessários. Do seu exemplo construo a minha força em tudo o que faço na
vida. A oportunidade e apoio que todos me destes, merecem todo o meu carinho,
dedicação e agradecimento, não só a vós, mas também ao resto da família, que nas
diferentes fases deste percurso me soubestes ajudar.
Aos meus irmãos José Emanuel e Maria Helena que sempre me apoiaram em tudo o
que fiz, vos agradeço pela compreensão que tivestes, pois o tempo que investi neste e
noutros projectos foi também o tempo em que não estive presente. Sabeis que vos
sinto sempre.
Ao meu sobrinho e afilhado Diogo, pelas alegrias que trouxe à família.
Por último, mas não por ordem de importância, agradeço à pessoa que esteve sempre
a meu lado, que me apoiou e continua a apoiar, à pessoa que não só me motivou para
entrar neste mestrado como também teve a paciência e compreensão nos momentos
mais difíceis, à minha namorada, amiga e confidente Marinete Luzia Francisca de
Souza, agradeço e dedico todo o meu trabalho.
iv
«O Homem é um rio poluído. É preciso ser-se um mar para, sem se poluir, poder
receber um rio poluído.»
Friedrich Wilhelm Nietzsche
v
RESUMO
O presente trabalho teve como principal objectivo avaliar as respostas de crescimento,
assim como a qualidade e produtividade da biomassa da variedade G4 de kenaf,
irrigada com águas residuais apresentando diferentes concentrações em ião amónio:
15, 30 e 60 mg/l (NH4). Para tal, semeou-se o kenaf em diferentes vasos, irrigados
com diferentes tipos de águas e concentrações de ião amónio dissolvidas. Foi
realizado um controlo: água da rede e adubação NPK. Para além do controlo, foram
ainda testadas as irrigações seguintes: águas residuais da estação de tratamento de
águas residuais (ETAR) do Campo de Tiro de Alcochete, que continha 15 mg/l de ião
amónio em solução; águas residuais da ETAR suplementadas com ião amónio
(concentrações finais de 30 e 60 mg/l NH4). Nos vasos regados com as águas
residuais foi testado também o efeito da não adubação e da adubação NPK. Ao longo
do ensaio foram sendo analisadas as águas de lixiviação, em termos dos teores de
azoto amoniacal.
O propósito da realização destes ensaios consistiu na verificação da existência de
determinados padrões de resposta da planta às diferentes concentrações de NH4 nas
águas de irrigação. Constatou-se que a concentração de 15 mg/l de NH4 e sem
adubação NPK conduziu à obtenção das maiores produtividades na variedade G4 de
kenaf, tendo incorporado biomassa a uma taxa média de 15,1 g dia-1 m-2, com baixo
teor em cinzas e azoto. A planta mostrou apresentar especificidades ao nível da
fitodepuração do ião amónio das águas residuais. A concentrações de 15 mg/l de ião
amónio na rega, observou-se, ao longo do ensaio, uma redução na lixiviação desse
ião. A concentrações de 30 mg/l (NH4), o kenaf apresenta respostas inferiores (em
produtividade e na depuração do ião amónio), embora mais eficientes que as
respostas a concentrações de 60 mg/l (NH4). O aumento do teor em ião amónio na
água de rega conduziu a uma maior acumulação de azoto na biomassa, o que pode
comprometer a sua utilização para produção de energia por combustão. O aumento do
teor em ião amónio na água de rega conduziu também a uma maior acumulação na
biomassa de elementos minerais (cinzas), e particularizando, de fósforo (nos caules
internos), de cálcio (nas folhas), de magnésio (nos caules externos) e de manganésio
(nos caules e folhas). Os teores de potássio, sódio, zinco, ferro, cobre, alumínio e
níquel não foram influenciados pelo ião amónio administrado. Não foi detectada na
biomassa a presença de chumbo, crómio e cádmio. Cada fracção da planta de kenaf
mostrou acumulação específica para determinados elementos. As folhas absorveram
em média mais azoto, cálcio, zinco e manganésio. As raízes acumularam mais sódio,
ferro, cobre, alumínio e níquel. Os caules e folhas acumularam mais potássio que as
raízes e o fósforo e magnésio apresentaram teores semelhantes nas diversas fracções
da planta.
O kenaf pode assumir uma elevada importância em projectos que se proponham
efectuar a fitodepuração de corpos de água com teores elevados em ião amónio, e em
específico apresentando concentrações de 15 mg/l de ião amónio, ou em projectos
que pretendam utilizar águas residuais na irrigação, com vista à obtenção de biomassa
de qualidade para a produção de bioenergia, num curto período de tempo e com
baixos custos de produção.
Palavras Chave: Kenaf; Águas Residuais; Fitodepuração; Produção de bioenergia.
vi
ABSTRACT
The aim of this work was to evaluate growth responses, as well as the quality and
biomass productivity of the G4 variety of kenaf, irrigated with wastewater presenting
different ammonium ion concentrations: 15, 30 and 60 mg/l (NH4). With this objective,
the kenaf was planted in different pots, irrigated with different water types and
concentrations of dissolved ammonium ion. Apart the control (tap water and NPK
fertilization), the following types of irrigation were tested: wastewater from Campo de
Tiro de Alcochete wastewater treatment plant (WWTP), which contained 15 mg/l of
ammonium ion in solution; wastewater from the Campo de Tiro de Alcochete WWTP
supplemented with ammonium ion (final concentrations of 30 and 60 mg/l NH4). In the
pots irrigated with wastewater it was also tested the effect of NPK fertilization and the
absence of fertilization. Throughout the experiment leachates were analyzed in terms
of ammonium nitrogen levels.
The purpose of these tests was to verify the existence of certain patterns of response
in kenaf to different NH4 concentrations in irrigation water. It was found that the
concentration of 15 mg/l of NH4 and without NPK fertilization led to the highest yields in
the G4 variety, by incorporating biomass at an average rate of 15,1 g day-1m-2 with low
ash and nitrogen content. The plants have shown specific characteristics on the
wastewater phytodepuration. At concentrations of 15 mg/l in ammonium ion,
ammonium leaching lowered along the study. At concentrations of 30 mg/l (NH4), kenaf
showed lower responses (in terms of productivity and ammonium ion depuration),
although better than that in the presence of 60 mg/l (NH4). The increment of ammonium
ion in the wastewaters led to the increment of biomass nitrogen content, and this can
compromise its use for combustion purposes. The increment of ammonium ion in the
wastewaters also led to a higher accumulation of ash material in the biomass,
specifically, phosphorus (core), calcium (leaves), magnesium (bark), manganese
(stems and leaves). Potassium, sodium, zinc, iron, copper, aluminum and nickel
content were not influence by the added ammonium ion. Lead, chromium and cadmium
were not detected in the biomass. Each fraction of the kenaf plant showed specific
accumulation to certain elements. The leaves absorbed more nitrogen, calcium, zinc
and manganese. The roots accumulated more sodium, iron, copper, aluminum and
nickel. Stems and leaves accumulated more potassium then roots and phosphorus and
magnesium presented similar content in the several fractions of the plant.
Kenaf can assume a high importance on projects which intend to make the
phytodepuration of water bodies containing high amounts of ammonium ion,
specifically presenting concentrations of 15 mg/l (NH4), or projects that will use
irrigation with wastewaters, in order to obtain biomass with quality for bioenergy
production, in a short time period and with low production costs.
Keywords: Kenaf; Wastewater; Phytodepuration; Bioenergy production.
vii
LISTA DE ABREVIATURAS E NOTAÇÕES
EEA – European Environment Agency
G4 – Guatemala 4
K.E.F.I. – Azienda produttrice di pannelli isolanti con fibra di kenaf
Nota: Nos gráficos apresentados nos Resultados, os valores e as barras de erro
correspondem aos valores médios e ao respectivo desvio padrão excepto quando
indicado na legenda. Nas quadros os valores indicados correspondem igualmente aos
valores médios e respectivo desvio padrão excepto quando indicado na legenda.
viii
ÍNDICE GERAL
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................................ iii
RESUMO ..................................................................................................................................................................... vi
ABSTRACT.................................................................................................................................................................vii
LISTA DE ABREVIATURAS E NOTAÇÕES........................................................................................................viii
ÍNDICE GERAL .......................................................................................................................................................... ix
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................................ x
ÍNDICE DE QUADROS .............................................................................................................................................xii
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 1
2. O KENAF (Hibiscus cannabinus L.) ................................................................................................................. 3
2.1. HISTÓRIA DO KENAF. .......................................................................................................................................... 3
2.2. BIOLOGIA E MORFOLOGIA ................................................................................................................................. 5
2.3. FACTORES EDAFO-CLIMÁTICOS .......................................................................................................................... 9
2.4. CULTIVO ............................................................................................................................................................. 9
2.5. COLHEITA.......................................................................................................................................................... 12
2.6. PRODUÇÃO DE KENAF ...................................................................................................................................... 13
2.7. UTILIZAÇÕES DO KENAF ................................................................................................................................... 14
3. PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS UTILIZANDO ÁGUAS RESIDUAIS ................................ 17
3.1. REUTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA REGA AGRÍCOLA ............................................................ 22
3.2. UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS, CASOS DE
ESTUDO .............................................................................................................................................................. 25
4. DESCRIÇÃO DAS METODOLOGIAS, DOS MATERIAIS E DOS ENSAIOS ............................................ 30
4.1. METODOLOGIAS E MATERIAIS ......................................................................................................................... 31
4.1.1. Metodologias analíticas utilizadas na caracterização físico-química das águas residuais utilizadas na
irrigação e das águas de percolação .............................................................................................................. 31
4.1.2. Metodologias analíticas aplicadas às plantas ........................................................................................... 31
4.2. ENSAIOS DE TRATABILIDADE ............................................................................................................................ 33
5. RESULTADOS E SUA DISCUSSÃO ................................................................................................................ 36
5.1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS ÁGUAS RESIDUAIS ........................................................................... 36
5.2. ANÁLISE DAS ÁGUAS DE PERCOLAÇÃO ............................................................................................................ 37
5.3. CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA ..................................................................................................................... 40
5.3.1. Germinação .............................................................................................................................................. 40
5.3.2 Parâmetros Morfológicos e de Produtividade ........................................................................................... 43
5.3.2.1 Altura do Caule .................................................................................................................................. 43
5.3.2.2. Índice de Área Foliar ......................................................................................................................... 45
5.3.2.3. Número de folhas por caule ............................................................................................................. 46
5.3.2.4. Comprimento das raízes, densidade radicular e índice de área radicular ........................................ 47
5.3.2.5 Produtividade .................................................................................................................................... 50
5.3.3. Caracterização Química da Biomassa ....................................................................................................... 55
5.3.3.1. Teor de Cinzas ................................................................................................................................... 55
5.3.3.2. Teor de azoto. ................................................................................................................................... 59
5.3.3.3. Teor de fósforo. ................................................................................................................................ 63
5.3.3.4 Metais ................................................................................................................................................ 66
6. CONCLUSÕES ..................................................................................................................................................... 81
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................................. 83
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. – Centros de origem do kenaf . À esquerda apresenta-se o território do Mande, no Mali. À
direita, possíveis centros de origem do kenaf e sua migração para o Mande. (Adaptado de
AfricaFoodBank.com). ........................................................................................................................................... 4
Figura 2.2 – Aspectos dos caules de kenaf, onde se pode observar a camada lenhosa (de cor branca) e a
parte cortical de cor verde (Fonte: Webber e Bledsoe, 2002) ......................................................................... 6
Figura 2.3 – Folhas de Kenaf das variedades Everglades 41 e Tainung 2 (Fonte: Webber et al., 2002). .... 6
Figura 2.4. – Flores de Kenaf. (Fontes: Webber et al., 2002; Maracchi, 2007; backyardnature.net). ........... 7
Figura 2.5. – Aspecto das sementes de kenaf. (Fonte: Webber et al., 2002). .................................................. 8
Figura 2.6. – Plântulas de kenaf, 4 dias após a germinação. Fonte: Arquivo pessoal Ana Luisa Fernando
(2010). .................................................................................................................................................................... 10
Figura 2.7. – Da esquerda para a direita apresentam-se os nemátodes Meloidogyne incognita,
Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria, parasitas do kenaf (Fontes: AFMB, 2010; Ciancio e
CNR Italy, 2010; NCSU, 2010). .......................................................................................................................... 11
Figura 2.8. – Colheita de kenaf. Fonte (Webber et al., 2002a). ......................................................................... 13
Figura 2.9. – Produção mundial de kenaf. Fonte: FAO (2010). ......................................................................... 13
Figura 2.10. – Isolkenaf Pav – Placa para isolamento acústico – e Isolcell – placa para isolamento térmico
e acústico. Fonte K.E.F.I. (2010). ...................................................................................................................... 16
Figura 4.1. – Aspecto da estufa montada para os ensaios de tratabilidade. ................................................... 35
Figura 5.1. – Concentração de azoto amoniacal presente na primeira recolha das águas de percolação
-3
(mg N dm ) para os diferentes tipos de irrigação. .......................................................................................... 38
Figura 5.2. – Concentração de azoto amoniacal presente na segunda recolha das águas de percolação
-3
(mg N dm ) para os diferentes tipos de irrigação. .......................................................................................... 39
-3
Figura 5.3. – Concentração de azoto amoniacal máxima (mg N dm ) presente na terceira recolha das
águas de percolação para os diferentes tipos de irrigação. ........................................................................... 40
Figura 5.4. – Percentagem de germinação por amostra (%). A figura apresenta os valores médios de
germinação por amostra, e respectivos desvio padrão. ................................................................................. 41
Figura 5.5. – Altura dos caules de kenaf (cm) para os diferentes tipos de irrigação. ..................................... 44
2
-2
Figura 5.6. – Índice de área foliar médio (cm cm ) obtido para as diferentes amostras. ............................ 46
Figura 5.7. – Número médio de folhas por caule, obtido para as diferentes amostras. ................................. 47
Figura 5.8. – Comprimento médio (cm) das raízes para as diferentes amostras. .......................................... 48
-3
Figura 5.9. – Densidade radicular (g dm ) para as diferentes amostras. ........................................................ 49
2
-2
Figura 5.10. – Índice de área radicular médio (cm cm ) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................................... 50
-2
Figura 5.11. – Produtividade média dos caules internos (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................... 51
-2
Figura 5.12. – Produtividade média dos caules externos (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................... 52
-2
Figura 5.13. – Produtividade média das folhas (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
................................................................................................................................................................................ 52
-2
Figura 5.14. – Produtividade aérea global média (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 53
-2
Figura 5.15. – Produtividade das raízes (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ......... 54
Figura 5.16. – Teor de cinzas do caule interno (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 56
Figura 5.17. – Teor de cinzas do caule externo (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 57
Figura 5.18. – Teor de cinzas das folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................................... 58
Figura 5.19. – Teor de cinzas das raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ............. 58
Figura 5.20. – Teor de azoto dos caules internos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 60
Figura 5.21. – Teor de azoto dos caules externos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 60
x
Figura 5.22. – Teor de azoto nas folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................................... 61
Figura 5.23. – Teor de azoto nas raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. .............. 62
Figura 5.24. – Teor de fósforo nos caules internos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação ................................................................................................................................................................. 64
Figura 5.25. – Teor médio de fósforo nos caules externos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação. ................................................................................................................................................................ 65
Figura 5.26. – Teor de fósforo nas folhas (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ........ 65
Figura 5.27. – Teor de fósforo nas raízes (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ....... 66
-1
Figura 5.28. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de
irrigação. ................................................................................................................................................................ 67
-1
Figura 5.29. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de
irrigação. ................................................................................................................................................................ 68
-1
Figura 5.30. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ......... 68
-1
Figura 5.31. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ........ 69
-1
Figura 5.32. – Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de irrigação.
................................................................................................................................................................................ 70
-1
Figura 5.33. – Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação.
................................................................................................................................................................................ 71
-1
Figura 5.34. – Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ............. 71
-1
Figura 5.35. – Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ............. 72
-1
Figura 5.36. – Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de
irrigação. ................................................................................................................................................................ 73
-1
Figura 5.37. – Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de
irrigação. ................................................................................................................................................................ 74
-1
Figura 5.38. – Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ...... 74
-1
Figura 5.39. – Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ...... 75
-1
Figura 5.40. – Teor médio de sódio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de irrigação.
................................................................................................................................................................................ 76
-1
Figura 5.41. – Teor médio de sódio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação.
................................................................................................................................................................................ 77
-1
Figura 5.42. – Teor médio de sódio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. .............. 77
-1
Figura 5.43. – Teor médio de sódio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. .............. 78
xi
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 2.1 – Dosagem de fertilizantes recomendada para o kenaf (El Bassam, 1998). ............................. 10
Quadro 3.1 – Algumas espécies de culturas energéticas organizadas por tipo de biomassa (Picco, 2010;
El Bassam, 1998) ................................................................................................................................................. 18
Quadro 3.2 – Algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas adequadas a tratamento
termoquímico. Fonte: Venturi e Monti (2005) ................................................................................................... 19
Quadro 3.3 – Pegada ecológica de água de algumas culturas energéticas para produção de electricidade,
etanol e biodiesel. Fonte: Gerbens-Leenes et al., 2009. ............................................................................... 20
Quadro 3.4 – Características das águas residuais tratadas que mais podem afectar o biossistema soloplanta. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010) ............................................................................. 24
Quadro 3.5 – Legislação comunitária e portuguesa com incidência na reutilização de águas residuais
tratadas na rega. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010) ........................................................... 24
Quadro 3.6 – Rendimento do Salgueiro irrigado com águas residuais na Suécia. Os valores apresentados
para os rendimentos da biomassa designados por Sistemas de Plantio Convencionais referem-se a
plantações trabalhadas e em bons solos, com exclusão da primeira colheita após o estabelecimento
quando a colheita é de aproximadamente 40% menor do que para as rotações subsequentes. Fonte:
Börjesson e Berndes (2006). .............................................................................................................................. 28
Quadro 4.1 – Métodos analíticos utilizados na caracterização físico-química das águas de irrigação e dos
lixiviados. ............................................................................................................................................................... 32
Quadro 4.2 – Metodologias analíticas utilizadas na caracterização química da biomassa.......................... 34
Quadro 4.3 – Níveis de contaminação testados e esquema dos ensaios. ..................................................... 35
Quadro 5.1 – Caracterização físico-química das águas residuais da ETAR do Campo de Tiro de
Alcochete. .............................................................................................................................................................. 37
-3
Quadro 5.2 – Concentração de azoto amoniacal nas águas de percolação (mg N dm ) nos diversos
ensaios ao longo do tempo ................................................................................................................................. 38
Quadro 5.3 – Germinação (%). ............................................................................................................................. 41
Quadro 5.4 – Altura média dos caules (cm) no final dos ensaios para as diferentes amostras. ................. 43
2
-2
Quadro 5.5 – Índice de área foliar médio (cm cm ) das plantas da variedade G4 de kenaf para
diferentes tipos de irrigação. ............................................................................................................................... 45
Quadro 5.6 – Número médio de folhas por caule para os diferentes tipos de irrigação. .............................. 46
Quadro 5.7 – Comprimento médio das raízes (cm) para os diferentes tipos de irrigação. .......................... 47
-3
Quadro 5.8 – Densidade radicular (g dm ) para os diferentes tipos de irrigação. ........................................ 48
2
-2
Quadro 5.9 – Índice de área radicular (cm cm ) para os diferentes tipos de irrigação. .............................. 49
-2
Quadro 5.10 – Produtividade (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação e para as
diferentes partes da planta.................................................................................................................................. 50
Quadro 5.11 – Razão entre a produtividade média aérea global e a produtividade média das raízes para
todos os tipos de irrigação. ................................................................................................................................. 55
Quadro 5.12 – Teor de cinzas (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os
tipos de irrigação. ................................................................................................................................................. 55
Quadro 5.13 – Teor de azoto (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os
tipos de irrigação. ................................................................................................................................................. 59
Quadro 5.14 – Teor de fósforo (%; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para
todos os tipos de irrigação. ................................................................................................................................. 64
-1
Quadro 5.15 – Teor médio de potássio (g kg ; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade
G4 de kenaf e para todos os tipos de irrigação. .............................................................................................. 67
-1
Quadro 5.16 – Teor médio de cálcio (g kg ; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4
de kenaf e para todos os tipos de irrigação. ..................................................................................................... 70
-1
Quadro 5.17 – Teor médio de magnésio (g kg ; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de
kenaf e para todos os tipos de irrigação. .......................................................................................................... 73
-1
Quadro 5.18 – Teor médio de sódio (g kg ; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e
para todos os tipos de irrigação. ........................................................................................................................ 76
-1
Quadro 5.19 – Teor médio de manganésio (mg kg ; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de
kenaf e para todos os tipos de irrigação. .......................................................................................................... 78
xii
Quadro 5.20 – Teores médios de zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel (mg kg-1; matéria seca) para as
diferentes fracções da variedade G4 de kenaf. ............................................................................................... 79
xiii
1. INTRODUÇÃO
Dos diversos recursos essenciais, a água e a energia assumem-se como
fundamentais. Ao longo da sua História, o Homem tem vindo a usar ambos de um
modo progressivamente crescente, contribuindo, por um lado, para o desenvolvimento
das populações, mas, por outro e em simultâneo, afectando os ecossistemas.
Actividades como a pecuária e a agricultura, mas também o sector industrial e
residencial, envolvem elevados consumos de água e contribuem largamente para o
aumento da poluição e degradação da sua qualidade. Tais actividades comportam
ainda elevados consumos energéticos, depauperando os recursos disponíveis, que
poderiam e deveriam ser utilizados de uma forma mais eficiente. Por estes motivos, a
utilização racional dos recursos hídricos e energéticos, são desafios prioritários.
Uma nova forma de aproveitamento energético, renovável, consiste na utilização de
culturas agrícolas para a obtenção de energia (culturas energéticas). No entanto, a
produção intensiva de culturas energéticas tem sido alvo de críticas devido à pressão
que podem exercer nos recursos naturais (biodiversidade, água, solo, entre
outros)(Venturi e Venturi, 2003; EEA, 2006). Além disso, estas culturas não
alimentares, entram em competição com as alimentares pelo uso do solo, pelos
fornecimentos de água, de pesticidas e fertilizantes e pelos inputs energéticos (mãode-obra, maquinaria, combustíveis).
Neste sentido, a utilização de águas residuais tratadas na irrigação de culturas
energéticas pode contribuir para a sustentabilidade da sua produção. A necessidade
de fertilizantes e água (sobretudo na orla mediterrânica) para a produção de culturas
energéticas, conjugada com a necessidade de melhorar a qualidade dos efluentes
finais lançados nos solos e cursos de água, mas que muitas vezes ainda comportam
elevados níveis de iões (amónio, nitrato, sódio, cloreto), oferece uma oportunidade
para reduzir os custos ambientais e económicos associados às plantações de culturas
energéticas (Sims e Riddell-Black, 1998; Zalesny et al, 2009).
A presente dissertação pretende, como tal, estudar o efeito da irrigação com águas
residuais na produção e qualidade do kenaf (Hibiscus cannabinus L.), uma cultura
energética. A cultura de kenaf apresenta-se como uma fonte de matéria-prima de
baixo custo para inúmeras aplicações e indústrias, casos das de pasta de papel e
fibras, assim como as de produção de energia. Trata-se de uma herbácea anual, de
crescimento rápido que apresenta elevadas produtividades e adaptabilidades, numa
ampla variedade de habitats, incluindo os mediterrânicos (Catroga, 2009). No entanto,
um projecto que pretenda efectuar o cultivo de kenaf, utilizando águas residuais na
1
sua irrigação, deverá equacionar ainda as cargas das águas residuais que irão ser
utilizadas para que não constituam uma fonte de degradação e contaminação dos
meios receptores. A reutilização de águas residuais na produção de kenaf ou de
outras culturas, deverá ser considerada à luz da legislação e normas comunitárias em
vigor.
O presente trabalho foi desenvolvido em ambiente laboratorial, e pretende servir de
base a pesquisas futuras no campo. Pretendem-se avaliar as respostas de
crescimento, assim como a qualidade e produtividade da biomassa da variedade G4
de kenaf, irrigada com águas residuais apresentando diferentes cargas em ião amónio:
15, 30 e 60 mg/l (NH4). O propósito deste estudo, insere-se na área temática das
culturas energéticas do Mestrado em Energia e Bioenergia da Faculdade de Ciências
e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT-UNL).
2
2. O KENAF (Hibiscus cannabinus L.)
O kenaf é uma herbácea, endémica de África, anual, com elevado conteúdo em
celulose. É um membro da família Malvacea, uma família com grande importância
económica, onde também estão o algodão e o quiabo (El Bassam, 1998).
Pertence ao género Hibiscus, que se enquadra na secção Furaria, que inclui outras 40
a 50 espécies muito semelhantes morfologicamente (Liu, 2005). O género Hibiscus é
muito extenso e inclui cerca de 200 espécies anuais e perenes (Maracchi, 2007). A
classificação taxonómica da espécie é apresentada pelo United States Department of
Agriculture – USDA (2010):
Reino
Sub-reino
Super-divisão
Divisão
Classe
Subclasse
Ordem
Família
Género
Espécie
Plantae
(Plantas)
Tracheobionta
(Plantas vasculares)
Spermatophyta
(Plantas com sementes)
Magnoliophyta
(Plantas com flores)
Magnoliopsida
(Dicotiledóneas)
Dilleniidae
Malvales
Malvaceae
Hibiscus
Hibiscus cannabinus L.
2.1. HISTÓRIA DO KENAF
O kenaf (Hibiscus cannabinus L.) foi domesticado por volta do ano 4000 - 3500 a.C. na
região do Mande, uma região agrícola da África Ocidental (K.E.F.I., 2010; Maracchi,
2007; Dempsey, 1975).
A identificação do centro de origem da espécie é controversa. São três as regiões
africanas onde existem formas selvagens de kenaf (K.E.F.I., 2010):



Os vales superiores do rio Níger e do Bani1: zona mais próxima do centro de
domesticação (região do Mande).
O território angolano, que apresenta as variedades de kenaf mais primitivas.
Deste local, a espécie poderá ter migrado para Oriente e depois,
provavelmente, deverá ter retornado a Ocidente, uma vez superada a faixa
tropical húmida, que representa uma barreira natural para a migração directa,
tanto nos sentidos norte-sul como vice-versa.
O território tanzaniano, do qual o kenaf poderia ter migrado com direcção
Sudoeste para Angola e com direcção Noroeste, para a região do Mande.
A figura 2.1. ilustra os vales superiores do rio Níger e do Bani, na região do Mande,
assim como os territórios da Tanzânia e Angola.
1
Principal tributário do rio Níger no Mali.
3
Mali
Tanzânia
Angola
Figura 2.1. – Centros de origem do kenaf. À esquerda apresenta-se o território do Mande, no Mali. À
direita, possíveis centros de origem do kenaf e sua migração para o Mande. (Adaptado de
AfricaFoodBank.com).
Privadas de fundamento parecem ser as hipóteses de uma origem asiática da espécie
uma vez que no território asiático não existem variedades selvagens. A migração para
a Ásia, provavelmente, ocorreu em conjunto com o karkadé (Hibiscus sabdariffa) por
via marítima ou então por caravanas através do território mesopotâmico. A descoberta
de produtos manufacturados com fibra de kenaf nessa área, datada dos anos 24002800 a.C. parecem confirmar esta hipótese (K.E.F.I., 2010).
Trata-se de uma cultura próxima à do algodão, muito difundida do Senegal à Nigéria
no que concerne à produção de fibra, embora no decorrer da História tenha tido outros
usos, particularmente em África: as folhas e as flores eram consideradas comestíveis,
as sementes eram usadas para a produção de óleo e diversas partes da planta
utilizadas pela medicina ou em rituais espirituais (Wilson e Menzel, 1964).
Posteriormente foi introduzida no Sul Asiático (1900 a.C.), com as áreas de maior
produção localizadas na China e Índia. A fibra de kenaf chega pela primeira vez à
Europa no início do século XX (1901 – 1902) no mercado de Londres.
Os Estados Unidos da América começaram a interessar-se pelo kenaf em 1940 com a
finalidade de usá-lo como substituto da juta. Em 1960, foi seleccionado pelo
Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), dentre as 500 espécies
mais promissoras para a produção de fibra herbácea cortical (casca), e em 1995,
cerca de 1000 ha de kenaf foram plantados com finalidades comerciais (Maracchi,
2007).
Na Europa, o desenvolvimento desta cultura concentra-se nas regiões mediterrânicas
de clima subtropical, sobretudo para uso no sector da produção de fibras. O
investimento é muito baixo e a experimentação sobre a adaptação dessa cultura nas
áreas do sul da Europa começou apenas nos anos 90, sobretudo no centro e norte da
Itália e na Grécia (Maracchi, 2007).
4
Actualmente, o kenaf é cultivado principalmente na Tailândia, China e Estados Unidos.
Nos últimos anos, também o Japão se tem interessado nesta espécie para a produção
de pasta de celulose e para o fabrico de papel (Maracchi, 2007).
Ao longo da História, o kenaf tem sido usado principalmente na produção de cordéis,
cordas e sacos. A Índia produziu e tem usado o kenaf ao longo dos últimos 200 anos,
enquanto a Rússia começou a produzi-lo em 1902, tendo introduzido a cultura na
China em 1935 (Dempsey, 1975).
Nos Estados Unidos, a pesquisa e produção de kenaf começaram durante a Segunda
Guerra Mundial, para fornecimento de cordéis no uso do esforço de guerra (Webber e
Bledsoe, 2002). A guerra interrompeu o fornecimento de fibras do exterior,
provenientes de países como as Filipinas, e o envolvimento dos Estados Unidos na
guerra também fez aumentar o uso das fibras que tinha. Uma vez determinado que o
kenaf se tratava de uma cultura apropriada em solo americano, a pesquisa foi iniciada
com o intuito de maximizar os rendimentos do kenaf. Como resultado, os cientistas
desenvolveram com sucesso variedades de elevado rendimento, resistentes à
antracnose, assim como práticas culturais e máquinas de colheita que aumentaram as
produtividades de fibra. No decorrer da década de 1950 e início de 1960, a pesquisa
efectuada pela USDA, determinou que o kenaf representava uma fonte excelente de
fibra de celulose para uma ampla gama de produtos (papel de jornal, papel sulfite e
painéis de forro ondulado) (Webber e Bledsoe, 2002). Os trabalhos desenvolvidos na
década de 1990, demonstraram a aptidão do kenaf para materiais de construção
(contraplacados de diferentes densidades e espessuras, com resistência ao fogo e a
ataques de insectos), adsorventes, têxteis, forragem para animais, e fibras para
plásticos (Webber e Bledsoe, 2002).
2.2. BIOLOGIA E MORFOLOGIA
Os caules destas plantas, constituídos por dois tipos de fibra, apresentam alturas
compreendidas entre os 3 e os 6m, sendo que a altura média na orla mediterrânica é
de cerca de 2,5 metros (El Bassam, 1998; Maracchi, 2007).
Na zona cortical estão localizadas as fibras longas que têm um comprimento de 2,5 –
4,5mm e na zona lenhosa a fibra curta que está localizada e tem um comprimento de
0,45 – 0,75mm (Alexopoulou, 2003). A medula, rodeada pela fibra curta, é constituída
por um tecido esponjoso, muito rico em lenhina (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007).
A camada cortical corresponde a 35 – 40%, a camada lenhosa a 60 – 65% e a medula
a 2 – 3% (Alexopoulou, 2003).
Os caules do kenaf, de cor verde ou avermelhada, de secção cilíndrica, dependendo
da variedade, podem apresentar pequenos espinhos. Os caules não são, geralmente,
ramificados, embora se desenvolvam com facilidade ramos laterais, quando a
densidade de sementeira é baixa (100.000 a 200.000 plantas por hectare) (Maracchi,
2007).
A figura 2.2. apresenta um aspecto geral dos caules de kenaf.
5
Figura 2.2 – Aspectos dos caules de kenaf, onde se pode observar a camada lenhosa (de cor branca) e a
parte cortical de cor verde (Fonte: Webber e Bledsoe, 2002)
O kenaf produz folhas simples, com as bordas serrilhadas, que se posicionam na
haste principal (caule) e ao longo dos ramos. O tipo de variedade da planta determina
a forma da folha (Webber e Bledsoe, 2002), que pode ser dividida ou inteira (figura
2.3). As variedades com folhas divididas apresentam 3, 5 ou 7 lóbulos por folha.
Everglades-71, Tainung-1, Tainung-2, Guatemala-51 e SF-459, são exemplos de
variedades com folha dividida. As variedades de folha inteira, são levemente lobuladas
e cordiformes (em forma de coração): Everglades-41, Guatemala-4, Guatemala-45,
Guatemala-48, Cubano, Cuba-108, Cuba-2032 e N-7, são exemplos de variedades.
(Webber e Bledsoe, 2002)
Nos primeiros estágios de crescimento, as folhas apresentam em todos os casos a
forma inteira, e com um teor em proteínas que varia entre os 18 e os 30% do peso
seco (Maracchi, 2007). Estas folhas cotiledonares amarelecem, secam e caiem no
solo após terem concluído a sua tarefa de garantir nutricionalmente os primeiros
estágios da vida da plântula, dando lugar às folhas verdadeiras, que no estado de
maturação variam de 2,8 a 3,5 cm de largura e 1,8 a 2,2 cm de comprimento. (K.E.F.I.,
2010).
Figura 2.3 – Folhas de Kenaf das variedades Everglades 41 e Tainung 2 (Fonte: Webber et al., 2002).
A variedade em estudo, G4, ou Guatemala-4, apresenta folhas inteiras.
6
Na composição química das folhas estão presentes compostos voláteis e óleos
essenciais. Estas representam uma fonte natural de químicos alelopáticos, os quais
são utilizados como fonte de prevenção e inibição da germinação e crescimento de
ervas daninhas, diminuindo deste modo a competição destas ervas com as culturas
(Webber e Bledsoe, 2002). As folhas de kenaf são usadas para a alimentação animal
e humana em alguns molhos das cozinhas africana e asiática (K.E.F.I., 2010).
O kenaf produz flores vistosas, largas (7,5 a 10 cm), em forma de sino e amplamente
abertas, constituídas por 5 pétalas. A cor varia do creme ao roxo escuro, com toda
uma série de tonalidades, apresentando algumas variedades, uma tonalidade
vermelho-escura ou acastanhada no centro. As flores são suportadas isoladamente no
eixo da folha ao longo do caule e ramos (figura 2.4).
Figura 2.4. – Flores de Kenaf. (Fontes: Webber et al., 2002; Maracchi, 2007; backyardnature.net).
A floração da maioria das variedades do kenaf está sob o controlo do fotoperíodo
(Maracchi, 2007). A planta permanece no estado vegetativo até ao momento em que a
quantidade diária de luz é inferior a 12,5 horas, o que na região do Mediterrâneo não
ocorre antes do final de Setembro. A duração do ciclo vegetativo destas variedades,
de maturação tardia, é de 120-140 dias (Alexopoulou, 2003). Entre as variedades de
maturação tardia, estão a Everglades 41, a Everglades 71, a Tainung 1 e a Tainung 2.
Nas variedades de maturação precoce, a floração é independente do número de horas
solares, florescendo, na Região do Mediterrâneo, entre os meados de Julho e meados
de Agosto. A duração do ciclo vegetativo está compreendida entre os 75 a 105 dias
(variedades precoces) e os 105-120 dias (variedades semi-precoces). De um modo
geral as variedades de kenaf de maturação precoce são menos produtivas que as
variedades de maturação tardia, uma vez que apresentam um período vegetativo mais
curto (Catroga, 2009). A variedade G4 (em estudo neste trabalho), é insensível ao
fotoperíodo e corresponde à única variedade capaz de combinar um ciclo de
crescimento curto (100-130 dias) com uma elevada produtividade, semelhante às
registadas para as variedades de kenaf de maturação tardia (Alexopoulou, 2003).
7
A floração de cada planta pode durar 3 a 4 semanas, contudo cada flor floresce
durante um único dia, abrindo-se no início da manhã e começando a fechar-se no final
da tarde (El Bassam, 1998). O kenaf é considerado uma espécie que realiza
autopolinização (pelo movimento das flores quando se fecham, na torção das pétalas),
embora ultimamente se tenha reconhecido que pode também apresentar polinização
cruzada, efectuada por abelhas (Vannini e Venturi, 1994; Alexopoulou, 2003;
Maracchi, 2007).
Depois da polinização, formam-se as cápsulas, aguçadas e ovais, com cerca de 1,9 a
2,5 cm de comprimento e 1,3 a 1,9 cm de diâmetro, que podem conter, cada, cerca de
20-26 sementes (Alexopoulou, 2003). As sementes são pequenas (6 mm de
comprimento e 4 mm de largura, 35.000 a 40.000 sementes por Kg), de cor escura,
assemelhando-se vagamente a um dente de tubarão, de uma forma aproximadamente
triangular, às vezes reniformes, com ângulo mais ou menos agudo (figura 2.5)
(K.E.F.I., 2010). Algumas variedades africanas apresentam sementes mais pequenas
e o conteúdo por quilograma pode atingir mais de 100000 sementes (K.E.F.I., 2010).
Depois da polinização, as sementes necessitam de 4 a 5 semanas para atingir a
maturação (Webber e Bledsoe, 2002).
Figura 2.5. – Aspecto das sementes de kenaf. (Fonte: Webber et al., 2002).
As sementes contêm um óleo similar ao do algodão, com um conteúdo mais baixo de
ácido linoleico e sem gossipol, um pigmento polifenólico tóxico, que causa o
escurecimento do óleo. O conteúdo de óleo nas sementes varia, em média, entre os
16% e os 26% (Webber e Bledsoe, 2002; Maracchi, 2007). As sementes de kenaf
perdem facilmente a capacidade de germinar (cerca de 8 meses em condições
normais) devido ao elevado teor em óleo (Maracchi, 2007). Este óleo pode ser
utilizado na alimentação humana, tendo-se verificado que possui elevadas
quantidades de fosfolípidos (cerca de 6%)(Webber e Bledsoe, 2002). Os ácidos
gordos maioritários são o palmítico (20,1%), o oleico (29,2%) e o linoleico
(45,9%)(Webber e Bledsoe, 2002).
8
O kenaf apresenta um sistema radicular profundo, com raízes laterais longas, que o
tornam bastante tolerante à seca e num utilizador eficiente no uso de nutrientes
provenientes de resíduos de culturas anteriores (Maracchi, 2007 e Alexopoulou, 2003).
2.3. FACTORES EDAFO-CLIMÁTICOS
O kenaf é capaz de se adaptar a uma grande variedade de condições climáticas, mas
atinge o seu crescimento máximo nas regiões tropicais e subtropicais. Pode ser
cultivado a latitudes compreendidas entre os 45ºN a 30ºS e a altitudes inferiores a
1000 m. Como apresenta um crescimento rápido, atingindo alturas elevadas, a
exposição a ventos fortes pode provocar-lhe problemas como a quebra dos caules, o
que representaria um decréscimo nos valores de produtividade (Maracchi, 2007 e
Alexopoulou, 2003).
As produtividades mais elevadas são alcançadas em solos quentes, a temperaturas
médias diárias do ar entre os 20 e os 22ºC, com suficiente humidade (precipitação
mensal entre os 90 e os 275 mm) e humidade relativa bastante elevada (65 a 85%)
(Maracchi, 2007). A ausência de geadas durante o ciclo cultural é de vital importância
e a sementeira deve ser efectuada quando a temperatura do solo for superior a 12ºC.
A temperatura mínima para a germinação e desenvolvimento nos estágios iniciais de
crescimento é de 9,5ºC (Maracchi, 2007). Ao longo do ciclo vegetativo a temperatura
mínima não deve ser inferior a 15ºC (Alexopoulou, 2003).
O kenaf é pouco exigente no que respeita ao tipo de solo, mas obtêm-se rendimentos
superiores em solos bem drenados, com uma textura franco-arenoso, pH neutro (entre
6 e 7), com um elevado teor em húmus, matéria orgânica e elementos minerais (El
Bassam, 1998). A exigência hídrica anda em torno dos 500 a 600 mm para um ciclo de
crescimento de 4 a 5 meses, com uma distribuição homogénea durante todo o ciclo
vegetativo (El Bassam, 1998). A escassez de água é um factor limitante da cultura,
bem como os períodos de grandes chuvadas, especialmente na fase de
desenvolvimento das sementes, uma vez que este são factores inibidores do
crescimento (El Bassam, 1998). O kenaf apresenta uma certa tolerância à irrigação
com águas de elevada salinidade (Maracchi, 2007).
2.4. CULTIVO
A época de sementeira depende fortemente das condições pedoclimáticas locais. As
variedades de fotoperíodo tardio crescem até à floração, que ocorre no final de
Setembro, princípios de Outubro, nas regiões mediterrânicas. Por este motivo a
sementeira deverá ser efectuada na primavera, o mais cedo possível, de modo a que
o ciclo vegetativo seja o mais longo possível, mas somente quando a temperatura da
atmosfera superar os 15ºC, pois a cultura é sensível a temperaturas baixas (Maracchi,
2007).
Uma boa preparação do solo e a profundidade a que a semente é colocada – a qual
deverá ser de aproximadamente 2 a 4cm – são factores de igual relevância na
9
germinação (que ocorre entre 4 a 7 dias) e desenvolvimento da cultura (figura 2.6)(El
Bassam, 1998; Maracchi, 2007). As sementes de kenaf exigem um bom contacto com
o solo, para poderem germinar, pelo que a preparação de uma boa cama para a
semente, fina e bastante húmida, é uma condição necessária (Maracchi, 2007).
Figura 2.6. – Plântulas de kenaf, 4 dias após a germinação. Fonte: Arquivo pessoal Ana Luísa Fernando
(2010).
A densidade de sementeira óptima situa-se entre as 20 e 30 plantas por m2, com uma
distância entre fileiras compreendidas entre os 25 e os 50 cm. Uma densidade
superior pode conduzir a uma diminuição da altura e diâmetro das plantas bem como a
um esmorecimento das plantas durante o ciclo cultural, devido à competição pela
disponibilidade de recursos, como a luz, os nutrientes e a humidade do solo (Maracchi,
2007). Nesta situação, o número total de plantas reduz-se ao longo do ciclo vegetativo,
para os valores de densidade óptimos (Webber e Bledsoe, 2002). Densidades
inferiores produzem plantas excessivamente ramificadas que podem causar
problemas na fase de colheita (Webber e Bledsoe, 2002). Nestas condições, a
produtividade é mais reduzida e as fibras produzidas são de baixa qualidade (Webber
e Bledsoe, 2002)
Sendo uma cultura anual primaveril pode ser inserida numa rotação em áreas em que
sejam cultivadas monoculturas; para além disso a planta é adequada para utilizar a
fertilidade residual de culturas precedentes, o que pode reduzir a quantidade de
fertilizantes a aplicar (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007).
No que toca à fertilização mineral, a cultura deve dispor das seguintes quantidades
dos principais nutrientes (Quadro 2.1.):
Quadro 2.1. Dosagem de fertilizantes recomendada para o kenaf (El Bassam, 1998).
Elemento
Azoto na fase de sementeira
Azoto para uma altura da planta de 20 cm
Potássio (K2O)
Fósforo ( P2O5)
Quantidade (kg/ha)
20-30
50-60
120
60
10
No entanto, o programa de fertilização deverá ter em consideração, não só as
necessidades de nutrientes da cultura, mas também a concentração destes elementos
existente no solo e o nível de extracção destes por parte da cultura, a fim de se evitar
a aplicação de um excesso de nutrientes no solo (Webber et al., 2002).
As folhas, quando caem, e a degradação da parte não fibrosa dos caules, restituem ao
solo uma quantidade significativa de azoto, cálcio, magnésio, fósforo e potássio
(Maracchi, 2007).
No Mediterrâneo, a luta contra as espécies infestantes (maioritariamente ervas
daninhas) deve ser realizada desde o início do ciclo da cultura, com a aplicação de
herbicidas pré ou pós emergência (Maracchi, 2007). Na perspectiva de reduzir o
impacte ambiental associado a esta cultura, podem não ser utilizados herbicidas se o
controlo das infestantes for realizado mecanicamente. Neste caso, a distância entre as
filas devem ser tais que seja permitida a passagem das máquinas (Maracchi, 2007).
Após cobertura total do solo pelas folhas de kenaf, verifica-se a redução do
crescimento e desenvolvimento das infestantes. A grande área de sombreamento no
solo, impede que as infestantes recebam as quantidades de radiação necessárias
para o seu desenvolvimento (Alexopoulou, 2003).
Em climas mais quentes, onde a adaptabilidade da cultura é superior, a taxa de
crescimento do kenaf é mais elevada, o que lhe oferece uma grande eficiência na
competição com as espécies infestantes (Alexopoulou, 2003).
No que respeita às doenças e pragas de insectos, aos quais o kenaf também é
sensível, os principais problemas são colocados pela presença de nemátodes como o
Meloidogyne incognita, Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria (figura
2.7)(Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007), particularmente prejudiciais nos solos
arenosos, por causa da facilidade de movimentação no solo. Na presença de
nemátodes, as folhas da planta têm tendência a amarelecer e a caírem, ficando o
crescimento da planta comprometido. Quando a infestação é maior, pode ocorrer a
perda total da cultura (El Bassam, 1998). Um programa de rotação de culturas
eficiente e a introdução de variedades mais tolerantes a nemátodes (Gregg, Dowling,
SF459) pode reduzir o problema (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007; Catroga, 2009).
Figura 2.7. – Da esquerda para a direita apresentam-se os nemátodes Meloidogyne incognita,
Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria, parasitas do kenaf (Fontes: AFMB, 2010; Ciancio e CNR
Italy, 2010; NCSU, 2010).
11
A antracnose, provocada pelo fungo Colletotrichum hibisci, pode inutilizar totalmente a
cultura. No entanto, a maioria das variedades disponíveis comercialmente são
resistentes a esta doença (Catroga, A. 2009; Alexopoulou, 2003). Durante o Inverno,
os fungos e bactérias podem atacar o caule, degradando o córtex, processo que,
quando controlado, pode ser explorado para facilitar a separação da fibra (Maracchi,
2007).
A maior parte dos problemas causados pelos insectos ocorrem na fase de emergência
e crescimento inicial das plantas. Todos os insectos com aparato bucal de
mastigação/sucção podem causar danos às folhas novas. Contudo, geralmente o
kenaf é bastante tolerante à maioria dos insectos (Maracchi, 2007). Além disso, como
o caule é a fracção da planta que é vulgarmente valorizada, o nível de protecção
contra os insectos pode ser muito mais baixo que aquele aplicado a outras culturas
comerciais.
2.5. COLHEITA
O kenaf pode ser colhido em diferentes momentos do ciclo de cultura, sem que se
verifiquem diferenças substanciais na qualidade das suas fibras. Embora, geralmente,
a época da floração seja a melhor para o fazer, a escolha da época e da modalidade
de colheita, são fortemente influenciadas pelos métodos de processamento e do fim a
que se destina a produção (Maracchi, 2007).
Basicamente, no cultivo do kenaf como cultura de fibra, existem duas tipologias de
recolha: uma quando em verde, com a planta na floração, na qual o caule está ainda
intacto com uma elevada porção de folhas anexadas; e outra, durante o período de
Inverno, após a morte das plantas com o frio, na qual os caules já não apresentam
folhas, estando já degradados pelos agentes atmosféricos e biológicos. No caso da
colheita de Inverno, o material apresenta um conteúdo com um teor de humidade
inferior, reduzindo os problemas de armazenamento, mas a fibra pode ser de pior
qualidade devido à maceração natural no campo (Maracchi, 2007).
Actualmente existe maquinaria específica para o processo de colheita do kenaf. Estão
disponíveis no mercado máquinas que colhem o kenaf e que realizam a separação
das fibras
exteriores (parte cortical) das fibras
interiores (camada
lenhosa)(descorticação) (Webber et al., 2002a). Para além destas máquinas, e quando
o objectivo é a utilização do caule inteiro, têm vido a ser adaptados equipamentos para
a colheita da biomassa (figura 2.8). Neste caso, os caules podem ser roçados e
retirados do campo sob a forma de feixes ou em fardos (Maracchi, 2007). O kenaf
enfardado é mais fácil de transportar e de armazenar por apresentar uma densidade
superior (Webber et al., 2002a). A peletização ou a compressão do material em cubos,
permite aumentar ainda mais a densidade do material.
12
Figura 2.8. – Colheita de kenaf. Fonte (Webber et al., 2002a).
2.6. PRODUÇÃO DE KENAF
A figura 2.9 ilustra os principais produtores de kenaf do mundo, em milhares de
toneladas, entre os anos de 2004 e 2010 (FAO, 2010). Verifica-se que a produção
mundial de kenaf tem diminuído ao longo dos últimos anos, embora inovações
recentes em termos de utilização da cultura possam despertar o interesse pela planta.
O maior produtor mundial é a Índia, que representa cerca de 43-47% da produção
mundial (FAO, 2010). Na América Latina e Caraíbas, a produção conjunta do Brasil e
Cuba representam praticamente a totalidade da produção observada nesta área, com
o Brasil a produzir em 2010 cerca de 25 x 103 t e Cuba cerca de 10 x 103 t (FAO,
2010). A produção registada nos países desenvolvidos é de 7 x 103 t (sobretudo nos
EUA) e a produção registada no Médio Oriente é de cerca de 3,7 x 103 t (FAO, 2010).
1000 t
400
350
300
Mundo
250
Extremo Oriente
200
150
100
50
0
China
Índia
América Latina e Caraíbas
África
Figura 2.9. – Produção mundial de kenaf. Fonte: FAO (2010).
A produtividade do kenaf pode variar muito, dependendo de factores edafo-climáticos
e da gestão/manejo da cultura (Webber e Bledsoe, 2002). Deste modo, os valores de
produtividade comercial podem variar entre 9 e 22 t/ha (em matéria seca)
(Alexopoulou, 2003).
13
Em Portugal, os primeiros estudos experimentais realizados com o kenaf foram
iniciados em 1991, no âmbito do projecto de demonstração EUROKENAF (Vivas e
Augusto, 1994). Obtiveram-se, nestes ensaios, produtividades que variaram entre as
12 e 20 t/ha (em matéria seca) (Catroga, 2009).
Em Março de 2003, teve início o projecto “Biomass Production Chain and Growth
Simulation Model for Kenaf – Biokenaf”. No âmbito deste projecto, foram realizados
vários ensaios em campo, com o Kenaf, no Monte de Caparica, pelo Grupo de
Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera/Unidade de Biotecnologia Ambiental da
Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (Fernando et al.,
2007).
Estes estudos demonstraram que nas condições pedoclimáticas do Sul de Portugal,
podem ser alcançados elevados rendimentos (28 t/ha.ano matéria seca), dependendo
das técnicas de cultivo aplicadas (Fernando et al., 2007). A produtividade é
influenciada pela data de sementeira (a qual deve ser realizada no princípio de Maio),
pela densidade de sementeira e pelos níveis irrigação (Fernando et al., 2007, 2007a e
2007b). Obtiveram-se maiores produtividades quando foi aplicada uma densidade de
sementeira de cerca de 40 sementes/m2 e quando os campos foram irrigados de modo
a compensar o défice de água no solo e de modo a prevenir o estabelecimento de
uma situação de tensão hídrica (Fernando et al., 2007, 2007a e 2007b). Das duas
variedades estudadas, Tainung 2 e Everglades 41, verificou-se que a variedade
Everglades 41 era mais produtiva do que a Tainung 2 (Fernando et al., 2007 e 2007a).
A data da colheita e o nível de fertilização azotada não influenciaram a produtividade
da cultura (Fernando et al., 2007, 2007a e 2007b).
2.7. UTILIZAÇÕES DO KENAF
O kenaf pode ser considerado como uma cultura não alimentar altamente produtiva de
crescente interesse na Europa devido a ser (Maracchi, 2007):

Uma cultura com múltiplos destinos produtivos que podem fornecer matéria
bruta para numerosas aplicações industriais e energéticas. A fibra da parte
cortical (entre 30 a 40% do caule) pode ser utilizada para diversas aplicações,
enquanto a parte restante, o miolo lenhoso, entre as diversas utilizações, pode
ser submetido a processos termoquímicos (combustão, pirólise e gasificação)
na produção de energia.

É uma cultura que apresenta elevados níveis produtivos e baixos inputs
agronómicos. As produções podem ser elevadas podendo situar-se acima das
26 t ha-1 de matéria seca. Em condições semi-áridas como aquelas
prevalecentes nas regiões mediterrânicas, o kenaf alcança níveis produtivos
significativos, com 250 a 400 mm de precipitação, quantidades muito inferiores
às exigidas por culturas tradicionais. Além disso, considerando as baixas
necessidades de azoto (50 a 100 kg de N ha-1) esta cultura é considerada
como uma possibilidade válida nas áreas degradadas e pouco férteis.
14

Oferece a possibilidade de um uso alternativo do solo e pode ser inserida na
rotação de culturas, integração muito importante em áreas tradicionalmente
cultivadas com monoculturas (cereais).

Sendo uma cultura herbácea anual, é muito semelhante no que concerne à
gestão efectuada para as culturas convencionais. Por outro lado, sendo anual,
não implica um investimento longo em termos de uso do solo.
O kenaf foi introduzido na União Europeia, entre as culturas com destino não
alimentar, cultiváveis em terrenos em regime de pousio para a produção de fibra para
uso industrial (EC Reg. 1765/92 da Comissão Europeia de 30 de Abril de 1992 e EC
Reg. 334/93 da Comissão Europeia de 15 de Fevereiro de 1993).
A fibra de kenaf é semelhante, nas características gerais, a outras fibras vegetais
extraíveis do caule (cânhamo, linho, etc.)(Maracchi, 2007). Em geral, as características
satisfazem os requisitos da indústria de papel, cordoaria e de fibra, para a construção
de painéis e biocompostos. O comprimento das fibras em média é de cerca de 2,5 mm
e a sua composição é formada por: celulose (58 a 63%), hemiceluloses (21 a 24%) e
lenhina (12 a 14%) (Maracchi, 2007). A presença da lenhina pode representar um
factor negativo na elasticidade da fibra, tornando-a menos adequada,
comparativamente à do cânhamo e outras com aplicação têxtil (Maracchi, 2007).
Apresentam-se de seguida algumas das utilizações do kenaf (Alexopoulou, 2003;
Maracchi, 2007; Catroga, 2009):








Planta produtora de fibra para cordoaria, sacaria, forro de tapetes, artigos de
decoração doméstica (Índia e Egipto, desde tempos remotos);
A sua polpa pode ser utilizada na produção de diversos tipos de papel, que
apresenta elevada qualidade, durabilidade, boa qualidade de impressão e
absorção de tinta; o caule pode ser processado por inteiro ou, se for
descorticado, as duas fracções (caule externo e interno) são processadas
separadamente;
Utilização na indústria têxtil, na construção de painéis de fibra de média
densidade, na produção de painéis integrados para isolamento térmico e
acústico (figura 2.10);
Pode ser utilizado como substituto da fibra de vidro e outras fibras sintéticas,
como enchimento em plásticos para a produção de painéis compósitos
termoplásticos;
Utilização como absorvente de petróleo e seus derivados (em derrames); em
leitos para animais (gatos, aviários, cavalariças); como agente secante em
embalagens;
As plantas verdes, numa fase inicial de crescimento, podem ser utilizadas para
forragem, uma vez que esta cultura apresenta elevados teores em proteína
nesta fase; as partes não aproveitadas pela indústria têxtil e de pasta
celulósica também podem ser utilizadas para forragem;
Utilizado como substrato para a produção de cogumelos;
O óleo, um sub-produto do kenaf, tem também potencial para ser valorizado;
pode ser usado no fabrico de sabões, linóleo, tintas e vernizes e para
iluminação;
15



O bagaço, que contém 35% de proteínas, pode ser utilizado na alimentação de
animais;
Os pigmentos extraídos da flor podem ser utilizados como corantes;
A parte lenhosa é utilizada na produção de pelets que são depois utilizadas em
centrais termoeléctricas ou comercializadas para utilização doméstica.
Figura 2.10. – Isolkenaf Pav – Placa para isolamento acústico – e Isolcell – placa para isolamento
térmico e acústico. Fonte K.E.F.I. (2010).
16
3. PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS UTILIZANDO
ÁGUAS RESIDUAIS
As fontes de energias renováveis, derivadas principalmente do enorme poder da
radiação solar, são as mais antigas fontes de energia utilizadas pela humanidade. A
energia solar, tanto na forma de radiação directa como nas suas formas indirectas –
bioenergia, hídrica e eólica – representaram as fontes de energia nas quais as
primeiras sociedades humanas se basearam. Quando os nossos antepassados
utilizavam o fogo, aproveitavam o processo fotossintético, através do qual as plantas
utilizam a luz solar, para converter dióxido de carbono, água e sais minerais em
biomassa. As sociedades aproveitaram os movimentos da água e do vento, ambos
causados pelo aquecimento dos oceanos e da atmosfera por parte do sol, para moer
milho, irrigar culturas e para efectuar a propulsão de navios.
As tecnologias de aproveitamento da energia solar indirecta, como a madeira, água e
vento, foram-se desenvolvendo até aos primeiros anos da Revolução Industrial. A
partir desta etapa, primeiro o carvão, e depois em sucessão, o petróleo e o gás
natural, fontes de energia altamente concentradas, depressa substituíram a madeira,
vento e água nas casas, indústrias e sistemas de transporte. Hoje, os combustíveis
fósseis estão na base de três quartos do consumo de energia mundial (Godfrey,
2004).
A preocupação com as consequências ambientais da utilização de combustíveis
fósseis, assim como a sua natureza finita, tem vindo a ser formulada de forma
intermitente, inicialmente, e mais constante nas últimas décadas. Estas preocupações
crescentes acerca da “sustentabilidade” dos recursos fósseis têm funcionado como um
importante catalisador do renovado interesse nas fontes de energias renováveis, no
decorrer das últimas décadas. Idealmente, uma fonte de energia renovável é aquela
que não é substancialmente consumida pelo uso continuado e que não implica
significativos impactos socio-ambientais (Godfrey, 2004).
Pelas razões apontadas justifica-se a adopção dessas fontes de energia, assim como
os investimentos em pesquisas para melhoramento dessas tecnologias de forma a
diminuir as externalidades negativas, que elas ainda implicam, e a aumentar as suas
eficiências e rendimentos. Dentre as diversas fontes de energias renováveis, as
culturas energéticas são culturas destinadas a fornecer biomassa para a produção de
energia. Podem ser agrupadas em três tipos principais (Picco, 2010):



Culturas ricas em açúcares – a biomassa destina-se à produção de
biocombustíveis (bioetanol e biogás);
Oleaginosas – espécies caracterizadas por um elevado conteúdo em óleo
vegetal, que pode ser utilizado como tal ou transformado em biodiesel;
Culturas de biomassa lenhocelulósicas – espécies caracterizadas por elevadas
produtividades de matéria seca, que podem ser destinadas a diversas
utilizações energéticas (combustão, pirólise, gasificação, produção de
biocombustíveis).
O quadro 3.1 mostra algumas espécies de culturas energéticas, enquadradas nos
tipos caracterizados anteriormente.
17
Quadro 3.1 – Algumas espécies de culturas energéticas organizadas por tipo de biomassa (Picco, 2010;
El Bassam, 1998):
TIPOLOGIA
Culturas ricas em açúcares
Oleaginosas
Lenhocelulósicas
Herbácea anual
Herbácea plurianual
Arbóreas
ESPÉCIE
Sorgo sacarino, cereais de inverno, beterraba sacarina, milho
Girassol, colza, soja
Sorgo de fibra, kenaf, cânhamo
Cana-do-reino, Miscanthus, cardo
Choupo, salgueiro, eucalipto
Todas as plantas produzem biomassa, mas somente algumas espécies são aptas para
a função energética. Picco, 2010 e El Bassam (1998) resumem quais são as
características ideais que uma espécie deve reunir para ser considerada como tal:







Elevada eficiência na conversão da energia solar (as culturas de ciclo
fotossintético C4 são mais eficientes na conversão em condições de elevada
luminosidade e temperatura);
Elevada taxa de crescimento diário, que deverá ser mantida ao longo do ano;
Elevada intercepção da radiação solar, no espaço e no tempo;
Densidade energética elevada;
Baixos consumos hídricos e um uso eficiente da água;
Necessidades externas mínimas para a produção e colheita – sementes,
fertilizantes, pesticidas, maquinaria e operações associadas, e secagem da
cultura;
Reduzidos impactes ambientais.
A avaliação de uma cultura energética e a sua adequabilidade, deve considerar
múltiplos aspectos. O valor líquido da produção por unidade de superfície,
independentemente do destino final da biomassa, é provavelmente o parâmetro mais
importante para a avaliação da competitividade de uma cultura agrícola num
determinado território. Uma cultura, para garantir uma inserção favorável numa área
definida, deve satisfazer os seguintes pré-requisitos (Venturi e Venturi, 2003):









Adaptabilidade a condições pedoclimáticas específicas;
Facilidade de introdução em sistemas de rotação de culturas pré-existentes;
Níveis de produtividade uniformes e contínuos tanto em termos quantitativos
como qualitativos;
As receitas deverão ser competitivas com as culturas tradicionais;
Balanço energético positivo, com elevado rácio output/input e ganho líquido
energético (output – input);
Técnicas de cultivo em harmonia com o conceito de agricultura sustentável;
Resistência às principais adversidades bióticas e abióticas;
Disponibilidade de material genético (sementes, rizomas, caules) apropriado
para diferentes zonas pedoclimáticas;
Frota de veículos agrícolas adequada à cultura (em particular para as
operações de recolha).
Outros pontos importantes a considerar na qualificação das culturas para fins
energéticos, são a facilidade de recuperação do material de plantio, os baixos
consumos energéticos envolvidos na sua implantação e as características físico18
químicas da biomassa produzida. O quadro 3.2 apresenta os resultados associados ao
balanço energético de algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas
adequadas aos processos de transformação termoquímica (Venturi e Monti, 2005).
Quadro 3.2 – Algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas adequadas a tratamento
termoquímico. Fonte: Venturi e Monti (2005).
ESPÉCIE
MATÉRIA
SECA
OUTPUT
OUTPUT/INPUT2
GANHOS
LÍQUIDOS
(OUTPUT –
INPUT)
t/ha
PODER
CALORÍFICO
INFERIOR
(P.C.I.)
GJ/t
SORGO DE FIBRA
20 - 30
16,7 – 16,9
334 - 507
13 – 39
309 - 494
KENAF
10 – 20
15,5 – 16,3
155 – 326
6 – 25
130 – 313
CÂNHAMO
8 – 15
16,0 – 18,0
128 – 270
5 – 20
119 – 227
15 – 30
15 – 35
17,6 – 17,7
16,5 – 17,4
264 – 531
247 – 609
12 – 66
11 – 76
242 – 523
225 – 601
CHOUPO
9 – 20
17,8 – 19,3
160 – 386
10 – 35
144 – 375
SALGUEIRO
10 - 15
17,8 – 18,4
178 – 276
11 - 25
162 – 265
GJ/ha
GJ/ha
HERBÁCEAS ANUAIS
HERBÁCEAS PLURIANUAIS
MISCANTUS
CANA-DO-REINO
ARBÓREAS1
1
2
-1
-1
– Culturas arbóreas de corte anual; – Os inputs considerados variam de 13-25 a 8-22 GJ ha ano ,
-1
-1
respectivamente para as culturas herbáceas anuais e plurianuais; 11-16 GJ ha ano para as culturas
arbóreas.
O conceito de sustentabilidade de uma cultura energética ou, num sentido mais amplo,
de uma fileira energética, comporta diversos aspectos: técnicos, económicos,
energéticos, ambientais e sociais. Os aspectos técnicos e económicos são
necessários para o desenvolvimento e difusão de uma cultura energética, mas numa
óptica de longo prazo, de planificação e de difusão em larga escala das culturas
energéticas (se pensarmos nos objectivos propostos pela União Europeia para a
produção de bioenergia e as respectivas superfícies agrícolas necessárias - UE,
2009), apresenta-se como fundamental equacionar a sustentabilidade energética,
ambiental e social.
O cultivo de culturas energéticas pode contribuir positivamente para uma série de
aspectos ambientais relevantes, que não se limitam à redução das emissões de gases
de efeito de estufa ou à produção de energia renovável (Rettenmaier et al., 2010),
dentre os quais (e por comparação com culturas tradicionais como o trigo e a batata)
(Picco, 2010; Fernando et al., 2010):




Necessidades reduzidas de fertilizantes e pesticidas com empregos modestos
de meios técnicos, e com rácios muito vantajosos entre os outputs e os inputs
energéticos;
Necessidade reduzidas em recursos hídricos – contrai-se assim a utilização de
um importante e limitado recurso, e reduzem-se os efeitos provocados pela
lixiviação de nutrientes em práticas de irrigação;
As espécies perenes apresentam ainda uma elevada eficiência na assimilação
e uso de azoto e água, conduzem a um aumento da matéria orgânica no solo,
que a par da cobertura do solo no Inverno limita o risco de erosão do solo;
As espécies que florescem, como o kenaf, contribuem para a biodiversidade e
riqueza da paisagem.
19
No entanto, a produção de culturas energéticas pode também ter alguns impactes
negativos. Nomeadamente, na orla Mediterrânea, a maioria das culturas em estudo
pode necessitar de irrigação no Verão, para combater o stress hídrico. Este factor
pode ter um impacto significativo nas reservas de água doce, que são escassas nesta
zona do globo, entrando em competição com as culturas alimentares pelo seu uso. No
entanto, o impacto a nível hídrico das culturas energéticas não se resume apenas à
deplecção dos recursos. Nomeadamente, as culturas que apresentam necessidades
hídricas elevadas (como a beterraba sacarina e o cânhamo) e sistemas radiculares
extensos e profundos (como as perenes, o cânhamo e o sorgo sacarino) ao
interceptarem e armazenarem a água da precipitação, podem impedir a recarga dos
aquíferos (Fernando et al., 2010). Em contraponto, a elevada cobertura do solo
minimiza as escorrências superficiais, o que é verificado nas perenes devido à
permanência em contínuo da fracção radicular e à sua extensão (Fernando et al.,
2010).
Gerbens-Leenes et al. (2009) aplicaram o conceito de pegada ecológica de água nos
processos produtivos de várias culturas energéticas. O conceito de pegada ecológica
de água foi introduzido por Hoekstra e Hung (2002), definindo-se no caso das culturas
energéticas, como o volume total de água doce usada na produção, transporte e
utilização da biomassa por unidade de energia produzida.
Quadro 3.3 – Pegada ecológica de água de algumas culturas energéticas para produção de electricidade,
etanol e biodiesel. Fonte: Gerbens-Leenes et al., 2009.
3
CULTURA
Beterraba Sacarina
Milho
Cana de Açúcar
Trigo
Batata
Soja
Sorgo
Colza
-1
PEGADA ECOLÓGICA NA ÁGUA (m GJ )
ELECTRICIDADE
ETANOL
BIODIESEL
46
59
50
110
50
108
93
211
105
103
173
394
180
419
383
409
De acordo com estes dados, a pegada ecológica de água da bioelectricidade é menor
do que a causada na produção de etanol e biodiesel, porque é mais eficiente utilizar a
biomassa total (para electricidade ou calor) do que a fracção da cultura (o açúcar, o
amido ou o óleo) para biocombustíveis (Gerbens-Leenes et al., 2009). De acordo com
o relatório da UNESCO (2009), estima-se que sejam utilizados, anualmente, cerca de
44 km3 de água na irrigação de culturas para a produção de biocombustíveis (2% do
total de água utilizada na irrigação de culturas), prevendo-se que este valor irá
aumentar para os 180 km3 de água, com a implementação dos planos nacionais de
produção de biocombustíveis.
Neste sentido, a utilização de águas residuais tratadas na irrigação de culturas
energéticas pode contribuir para a sustentabilidade da sua produção. Além disso, as
culturas energéticas, sobretudo as perenes, caracterizam-se por apresentarem uma
elevada eficiência na utilização de nutrientes e na redução das perdas por lixiviação
(Fernando et al., 2010). Este factor é muito importante, pois a irrigação com águas
20
residuais poderá constituir uma fonte de degradação e contaminação dos meios
receptores.
Christian et al (2006) referem que a cultura de Miscanthus, com uma fertilização que
ronda os 0 a 60 kg N ha-1 ano-1, evidencia uma lixiviação de nitratos extremamente
pequena, praticamente limitada ao primeiro ano de plantio, no qual a cultura está na
fase de emancipação/crescimento. As árvores de crescimento rápido, de igual forma,
podem comportar perdas de nutrientes por lixiviação no caso de fertilizações
intensivas erroneamente aplicadas nas fases iniciais do plantio, quando o solo não
está ainda completamente explorado pelo sistema radicular. Makeschin (1994) mostra,
contudo, uma redução média de 50% da lixiviação de nitratos nas águas de
percolação de solos cultivados com árvores de crescimento rápido (fertilizados e não
fertilizados), quando comparados com os solos controlo cultivados com culturas
intensivas.
As culturas perenes podem, portanto, ter um papel importante em zonas vulneráveis à
poluição de águas com nitratos (Picco, 2010). Por um lado, as culturas plurianuais
como a cana-do-reino, o Miscanthus e o choupo, apresentam necessidades reduzidas
em fertilizantes e pesticidas, contribuindo assim para a redução da carga poluente
difusa proveniente das actividades agrícolas (Picco, 2010).
Por outro lado, o sistema solo-planta actua como filtro natural na purificação de águas
degradadas (fitodepuração), podendo ser utilizado de diferentes modos, como o uso
de águas poluídas na irrigação (sistema extensivo de fitodepuração), reabilitação
operada por vegetação rupícula (zonas tampão ou “Buffer strip”), e a fitodepuração em
ambiente submerso ou saturado (zonas húmidas ou “wetland”) (Picco, 2010).
O uso de plantas como faixas-tampão constituídos por culturas plurianuais com fins
energéticos, é, como tal, um bom auxiliar na intercepção de nutrientes. Neste caso, as
faixas de protecção (zonas tampão) são formações, geralmente com desenvolvimento
linear (uma ou mais linhas), caracterizadas por elementos arbóreos e/ou arbustivos.
São plantadas na proximidade das linhas de água, e interceptam a água oriunda dos
terrenos agrícolas das imediações, garantindo um efeito tampão sobre potenciais
cargas poluentes geradas pelas práticas agrícolas (nitratos, fosfatos, pesticidas, etc.).
A par da faixa tampão, a introdução de culturas plurianuais, em particular as
herbáceas, garantem uma contínua cobertura do solo durante o ano, podendo
desenvolver uma acção de filtro dos escoamentos superficiais e sub-superficiais
contribuindo para a redução dos nitratos e outros contaminantes das águas que os
atravessam (Picco, 2010).
A principal condição que permite às faixas de vegetação desenvolver uma acção de
remoção de nutrientes dos corpos hídricos é a relação entre os sistemas radiculares
das plantas e a água, que dos cultivos agrícolas fluem para os canais de fluxo
superficial ou sub-superficial. Esta acção ocorre através de três processos
fundamentais (Picco, 2010):



A actividade microbiológica de desnitrificação;
A assimilação de nutrientes pelas plantas;
A filtração física da água com deposição de sedimentos.
21
No processo de desnitrificação, os óxidos de azoto são removidos do solo e da água,
e convertidos em azoto gasoso inerte (N2), libertado na atmosfera sem produzir efeitos
poluentes. A desnitrificação operada por bactérias anaeróbias facultativas ocorre se
existirem condições de anóxia e em particular quando o solo estiver saturado de água.
(Picco, 2010)
O papel que a vegetação desempenha no processo de desnitrificação é indirecto, uma
vez que contribui para a sustentação de populações de microrganismos, fornecendolhes energia através do processo de decomposição da manta morta e um habitat
(rizosfera), rico em exsudados radiculares. O sistema radicular aumenta ainda os
tempos de residência da água no solo, com uma maior eficiência do processo de
imobilização e remoção definitiva do azoto do sistema. (Picco, 2010)
A assimilação de nutrientes ocorre através da actividade metabólica das plantas que
capturam os elementos nutritivos (fósforo, azoto nítrico e amoniacal) presentes na
solução do solo que os absorvem por meio dos capilares radiculares. A eficiência das
plantas na remoção de nutrientes é influenciada pela idade das mesmas, pela
composição específica e fase de crescimento vegetativo. A absorção de compostos
azotados e de fósforo é maior nas plantas jovens e nas espécies de crescimento
rápido, enquanto que nula durante o período de dormência. (Picco, 2010)
A filtração mecânica é o processo através do qual as partículas de terra transportadas
pela água e as moléculas a elas adsorvidas são interceptadas pelos sistemas
radiculares e pela manta vegetal produzida pela vegetação, mitigando a restituição de
substâncias potencialmente poluentes, como o fosfato, azoto orgânico e alguns
pesticidas no corpo de água receptor. (Picco, 2010)
3.1. REUTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA REGA
AGRÍCOLA
Quando se aborda o tema dos recursos hídricos, a escassez e a degradação da sua
qualidade são dois aspectos importantes. A escassez de água pode resultar de
situações naturais, decorrentes do clima da região ou também ser consequência do
crescimento demográfico e socioeconómico. Outros factores determinam aumentos
sazonais de necessidade de água, principalmente a agricultura e o turismo. O
insuficiente controlo das fontes antropogénicas da poluição ampliam a degradação da
qualidade da água e acentuam os desequilíbrios quantitativos entre a procura e a
disponibilidade de água. Acresce-se ainda o efeito das alterações climáticas. Menor
disponibilidade de água em quantidade no caso da seca; em qualidade no caso das
cheias. (Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)
A reutilização de águas residuais tratadas deve ser encarada como uma estratégia de
conservação dos recursos hídricos e representa um benefício sócio – económico
(Marecos do Monte e Albuquerque, 2010):
a) contribui para aumentar os recursos hídricos necessários para satisfação das
necessidades presentes e futuras para usos mais nobres;
22
b) ao reduzir o caudal de águas residuais tratadas descarregado nos meios receptores
aquáticos, protege os ecossistemas, na medida em que reduz a quantidade de
poluentes lançados no meio.
Mas a utilização de águas residuais tratadas pode também incorrer em riscos
sanitários e ambientais, pois estes efluentes contêm constituintes químicos e
microbiológicos, alguns patogénicos, que não são totalmente removidos ou inactivados
nas estações de tratamento, os quais devem ser tidos em consideração nos projectos
de reutilização. Além disso, existe o risco potencial da não aceitação pelo público.
A rega agrícola é o grande domínio de aplicação no aproveitamento de águas
residuais tratadas. Entre os benefícios decorrentes da utilização de águas residuais
tratadas na rega, distinguem-se os seguintes (Santos, 2008):
• conservação dos recursos hídricos;
• benefícios económicos e ambientais relativamente a outros métodos de
descarga;
• disponibilidade de água em quantidade e qualidade suficiente e adequada;
• redução da utilização de fertilizantes devido à presença de nutrientes nos
efluentes;
• redução da procura do abastecimento de água potável.
Não obstante os benefícios, existem alguns riscos potenciais. A qualidade de águas
residuais tratadas para rega deve satisfazer os requisitos agronómicos e os requisitos
de protecção da saúde pública. Do ponto de vista agronómico, a água de rega destinase a satisfazer as necessidades hídricas das plantas, não devendo ser o veículo de
aplicação de substâncias prejudiciais ao seu desenvolvimento (como o excesso de
sais dissolvidos, de sódio, de metais pesados, de cloro residual) e podendo transportar
substâncias benéficas ao desenvolvimento da planta (como os compostos de azoto e
de fósforo, o potássio, o zinco, o enxofre e boro, por exemplo). A protecção da saúde
pública exige que o teor de microrganismos indicadores de contaminação fecal seja
compatível com o tipo de exposição humana e animal à rega e aos produtos regados.
No Quadro 3.4 apresentam-se as características das águas residuais tratadas que
mais podem afectar o biossistema solo-planta. (Marecos do Monte e Albuquerque,
2010)
Os riscos potenciais poderão ser minimizados, ao serem estabelecidos valores de
referência. Em Portugal, no que se refere aos requisitos de qualidade agronómica das
águas residuais tratadas a utilizar na rega, foram adoptados os critérios indicados no
Anexo XVI do Decreto-lei nº 236/98, de 1 de Agosto, os quais correspondem, de um
modo geral, aos padrões recomendados pela FAO (2003). Para a FAO (2003), os
conteúdos de azoto, fósforo e potássio contidos em águas residuais domésticas
provenientes de tratamento secundário deverão estar enquadrados entre 20-60 mg.l-1,
6-15 mg.l-1, e 10-30 mg.l-1, respectivamente, de modo a se incrementar as
produtividades das culturas sem colocar quaisquer danos tanto na cultura como nos
meios receptores desses nutrientes.
23
Quadro 3.4 – Características das águas residuais tratadas que mais podem afectar o biossistema soloplanta. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)
CARACTERÍSTICA
PARÂMETRO DE AVALIAÇÃO
Salinidade/sais
inorgânicos
dissolvidos
Sólidos Dissolvidos Totais.
Condutividade eléctrica. Iões
específicos (Na, Ca, Mg, Cl,B)
Sólidos em
suspensão
Matéria orgânica
biodegradável
Compostos
orgânicos
refractários
Sólidos Suspensos Totais
(SST)
CBO, CQO
Compostos específicos
(fenóis, pesticidas,
hidrocarbonetos halogenados)
Nutrientes
N (N-org + N-NH4+ N-NO2 +
N-NO3), P, K
Actividade
hidrogeniónica
pH
Metais pesados
Elementos específicos
(Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Zn)
Cloro residual
Cl livre. Cl combinado.
Microrganismos
patogénicos
Coliformes fecais. Helmintas.
Organismos indicadores.
EFEITO
A elevada salinidade prejudica o bom desenvolvimento de
muitas plantas; alguns iões podem ser tóxicos para
as plantas (Na, B, Cl); o Na pode induzir problemas de
permeabilidade no solo
Concentrações elevadas de SST podem provocar
entupimentos nos equipamentos de rega
Em efluentes tratados o teor de matéria orgânica em
geral não causa problemas
Resistem aos processos convencionais de tratamento.
Alguns são tóxicos ⇒ a sua presença pode ser limitativa
da utilização do efluente para rega
São nutrientes essenciais para o crescimento das plantas
⇒ a sua presença normalmente valoriza a água de rega.
Quando aplicados no solo em quantidades excessivas
podem induzir a poluição das águas subterrâneas
O pH das águas residuais afecta a solubilidade dos metais
e a alcalinidade do solo
Alguns acumulam-se no solo ou nas plantas e são tóxicos
para as plantas e animais ⇒ podem constituir factor
limitante à utilização de águas residuais
Teores excessivos de cloro livre podem causar
queimaduras nas folhas. O cloro combinado não causa
problemas
Transmissão de doenças
No Quadro 3.5 apresenta-se um resumo dos principais diplomas em vigor relevantes
para a reutilização de águas residuais na rega, tanto a nível comunitário como
nacional.
Quadro 3.5 – Legislação comunitária e portuguesa com incidência na reutilização de águas residuais
tratadas na rega. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)
APLICAÇÃO
Rega agrícola
e paisagística
INCIDÊNCIA NA
REUTILIZAÇÃO
– Protecção da
saúde dos
trabalhadores e
dos
consumidores
– Poluição do
solo e das águas
subterrâneas
LEGISLAÇÃO
COMUNITÁRIA
LEGISLAÇÃO PORTUGUESA
a) Directiva n.º
91/676/CEE – Nitratos
b) Estratégia Temática
dos Pesticidas (COM
372,2006) e Mercúrio
(COM 69 e COM 636,
2006)
c) Directiva n.º
2006/118/CE – protecção
das águas subterrâneas
contra a poluição e
deterioração
d) Directiva do Solo (em
preparação)
a) Decreto-Lei n.º 236/98, de 1 de Agosto –
normas, critérios e objectivos de qualidade
destinadas a proteger o meio aquático e
melhorar a qualidade das águas em função
dos seus principais usos
b) Decreto-Lei n.º 235/97, de 3 de Setembro,
alterado pelo Decreto-Lei n.º 68/99, de 11 de
Março – poluição das águas por nitratos de
origem agrícola
c) Portaria n.º 258/2003, de 19 de Março –
carta das zonas vulneráveis à poluição por
nitratos
d) Decreto-Lei n.º 382/99, de 22 de Setembro
– perímetros de protecção para captações de
águas subterrâneas destinadas ao
abastecimento público
e) Decreto-Lei n.º 208/2008, de 28 de Outubro
– regime de protecção das águas subterrâneas
contra a poluição e deterioração
24
Em Portugal, a agricultura é o maior consumidor de água (87% do consumo total), mas
apresenta uma elevada disponibilidade de águas residuais tratadas (Marecos do
Monte e Albuquerque, 2010). O efluente final das estações de tratamento de águas
residuais urbanas existentes e a construir até 2013 constitui um apreciável volume de
água, superior a 500 milhões de m3 anuais, parte das quais podem ser canalizadas
para rega (Marecos do Monte e Albuquerque, 2010), por exemplo, de culturas
energéticas.
3.2. UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA PRODUÇÃO DE
CULTURAS ENERGÉTICAS, CASOS DE ESTUDO
Uma alternativa à utilização de solo de boa qualidade e águas superficiais de
qualidade para a irrigação é o de maximizar o uso de águas recicladas tratadas para a
produção de culturas energéticas. Por exemplo, no estado da Carolina do Norte, o
segundo estado maior produtor de suínos nos EUA, os resíduos líquidos de
suiniculturas eram tratados em lagoas anaeróbias de tratamento. Contudo o histórico
de tempestades tropicais que o estado tem atravessado comprometeu muitas dessas
instalações, factor que forçou a procura de outros métodos para o tratamento dessas
águas. A reutilização destes efluentes para rega, após armazenamento para
deposição de sólidos, foi uma opção considerada, na qual o plantio de culturas com a
capacidade de absorver essa água sem que o seu crescimento vegetativo e qualidade
de biomassa ficassem afectados, era uma exigência essencial. Neste estudo, Stone et
al. (2010) concluíram que os cerca de 90 milhões de m3 de águas residuais produzidas
seriam suficientes para irrigar aproximadamente 60.000 hectares destinados a culturas
energéticas, com uma aplicação média anual de 150 mm.
Dimitriou e Rosenqvist (2010), referem-se ao potencial crescimento económico
derivado da utilização de choupos e salgueiros quando irrigados com águas residuais.
Os autores proferem que se fossem utilizadas águas residuais tratadas na rega destas
árvores, as quantidades de energia renovável produzida e os rendimentos económicos
do processo seriam consideráveis. Concluíram que, nos países da União Europeia-27,
se todas as águas residuais fossem utilizadas para este fim, se obteriam 309 PJ de
energia renovável extra anualmente, em 1,4% de solo agrícola, com uma margem de
lucro que pode aumentar até 199€ por GJ (Dimitriou e Rosenqvist, 2010). Os
rendimentos seriam dependentes das quantidades de azoto e fósforo presentes nas
águas residuais, assim como das regiões climatéricas onde decorreria o processo. O
trabalho refere também o caso português. Caso todas as águas residuais tratadas
servissem para a irrigação de choupos e salgueiros, obteriam-se 6,6 PJ em 2,1% das
terras aráveis.
Khan et al. (2010), referem um incremento do crescimento vegetativo e da
produtividade de sorgo aquando da aplicação de águas residuais tratadas, quando
comparado com o rendimento obtido com água doce e com aplicação de fertilização
normal, mantendo-se inalterável o teor de nutrientes nas plantas após aplicação
sucessiva de águas residuais tratadas. Referem ainda o potencial económico que as
águas residuais têm, por poderem proporcionar quantidades adequadas de nutrientes
para o crescimento e produtividade das plantas.
25
Khan et al. (2009) referem a aplicação de águas residuais provenientes de lagoas de
estabilização no Paquistão na cultura de girassol, uma cultura oleaginosa valiosa do
ponto de vista económico, que não apresenta uma produção significativa nesse país.
Os autores referem aumentos significativos na altura das plantas, durante a fase
vegetativa, quando irrigadas com as águas residuais em relação a dois controlos
desenvolvidos em paralelo: controle 1, irrigadas com água potável; controle 2,
irrigadas com água potável e ureia. Referem um aumento significativo sobre os
controlos referidos no que concerne à área foliar, ao diâmetro dos capítulos, ao
número de sementes por planta, ao peso total das sementes por planta, bem como ao
peso de 100 sementes, quando aplicadas águas residuais na sua irrigação. Estes
autores concluíram também que a irrigação com águas residuais originou um aumento
significativo da concentração de Na, Ca e Mg nas folhas de girassol e do
micronutriente Mn nas raízes. Os níveis de nutrientes nas restantes partes das plantas
permaneceram sem variações. O aumento da concentração desses nutrientes nas
folhas das plantas é consistente com outros estudos, como é o caso do de Garcia et
al. (2007), que se referem ao aumento dos teores de sódio, cálcio e magnésio
decorrente da aplicação de águas salinas em culturas agrícolas.
De acordo com Khan et al. (2009), o aumento nos rendimentos de girassol pode ser
explicado não só pelas quantidades disponíveis de N, P e K, como pela quantidade de
matéria orgânica que melhora a estrutura do solo assim como outras propriedades do
solo relacionadas com a disponibilidade de nutrientes. O uso de águas residuais
tratadas aumenta o carbono total, a concentração de azoto total e os teores em outros
minerais, juntamente com a actividade microbiana do solo, que auxilia na
disponibilidade de nutrientes para as plantas (Khan et al., 2009).
Williams et al. (2008), referem a aplicação de águas residuais na produção de Arundo
donax (cana-do-reino) na Austrália. Trata-se de uma cultura adequada à produção de
biocombustíveis de segunda geração, e que apresentou uma elevada produção de
biomassa por ano (45,2 t/ha, de matéria seca), em terrenos salinos de baixa
qualidade, irrigados com águas residuais e sem adição de pesticidas. Esse rendimento
é referido pelos autores como sendo o dobro do relatado para as culturas como o
sorgo ou o kenaf, quando cultivados em terras aráveis com elevada pluviosidade e
com melhor qualidade da água. Referem-se ainda à elevada capacidade da planta em
acumular grandes quantidades de N, P e K, nas doses de 528, 22 e 664 kg/ha/ano,
respectivamente, e tolerando salinidades da água até 25 dS/m por vários meses.
Mavrogianopolos et al. (2002), examinaram a eficiência do Arundo donax, como fonte
de produção de biomassa e como sistema de filtração de efluentes de suinicultura,
num estudo desenvolvido ao longo de três anos na Grécia. Neste estudo, a planta
mostrou uma resposta positiva às aplicações de águas residuais, tanto no que
concerne ao crescimento como à produção de biomassa. Não se registaram nenhuns
sinais de efeitos nocivos ou tóxicos durante esse crescimento em nenhum tecido da
planta, o que revela uma boa tolerância da planta às substâncias presentes nas águas
residuais. Somente a absorção de Zn e Cu foi ligeiramente maior do que a absorção
das plantas controlo, o que se deveu possivelmente à elevada concentração desses
iões na solução nutritiva.
26
Barbera et al. (2009), referem a aplicação de um projecto experimental que tem por
finalidade produzir biomassa com fins energéticos, através da aplicação de águas
residuais domésticas tratadas. Este projecto pretende, para além de produzir
bioenergia, implementar um sistema de depuração que envolve um conjunto de
diversas culturas, actuando em diferentes etapas e com uma função específica, em
função de um determinado tipo de poluente. Convém frisar que para além do Arundo
donax, que ocupou nestas instalações a maior parte da área das instalações
destinadas à depuração das águas, também foram incluídas outras plantas com
interesse energético, tais como o Miscanthus e o sorgo. Os autores referem-se às
produtividades das várias plantas utilizadas no sistema de fitodepuração, e referem-se
ao Arundo donax como sendo a espécie mais produtiva dentre todas as testadas.
Também em Itália, o projecto Biocolt, conduzido pela Veneto Agricoltura, uma
empresa do sector agrícola, florestal e agro-alimentar da região de Veneza, refere a
hipótese de produzir culturas energéticas (Miscanthus, Arundo donax e choupo) com
águas residuais, apresentando as vantagens económicas que os produtores locais
teriam em seguir esse rumo (Picco, 2010).
Existem inúmeros projectos na Europa e no resto do mundo em que o salgueiro é
irrigado com águas residuais, com o fim de depurar o efluente. O projecto BIOMEPUR,
conduzido por investigadores belgas, e que decorreu entre 1999 e 2002, na região da
Valónia, teve como objectivo testar o tratamento terciário de águas residuais, através
do uso de salgueiros na depuração biológica (UCL, 2002). Este sistema assente nas
relações solo-planta pode ser considerado como um reactor bio-físico-químico em que
os principais processos activos são os seguintes: as partículas do solo filtram os
sólidos em suspensão e fixam os elementos em solução nas águas residuais por
adsorção, troca iónica ou precipitação; os macro e microrganismos transformam e
estabilizam as matérias orgânicas e transformam o azoto; o salgueiro utiliza esses
elementos para o crescimento, mantém ou aumenta a capacidade de infiltração no
solo e reduz o volume de águas residuais através da evapotranspiração (UCL, 2002).
A biomassa seca obtida variou de 20 a 40 t/ha, um aumento, em média, de cerca de
50%, face à prática convencional. No estudo verificou-se, também, que os teores de
azoto no efluente podem ser superiores, pois os teores de azoto no solo e na água de
lixiviação, obtida a 60 cm de profundidade, foram muito reduzidos.
Na Suécia, cerca de 15.000 ha de salgueiros foram plantados com o objectivo de
produzir energia, sendo que em simultâneo se efectuava a rega (com vista à
depuração) com águas residuais domésticas e lixiviados de aterros (estiveram
envolvidos cinco aglomerados populacionais e 30 aterros, Börjesson e Berndes, 2006).
Börjesson e Berndes (2006) referem que em Kageröd (Suécia), 75 a 95% de azoto e
fósforo proveniente dos esgotos foram absorvidos pelas culturas energéticas, quando
a rega fornecida variou de 500 a 1000 mm/ano. A carga de azoto presente na irrigação
com 600 mm/ano rondava os 125 kg/ha, não tendo causado nenhum problema a longo
prazo no ambiente receptor (como a lixiviação de nitratos, por exemplo). A remoção do
azoto foi efectuada por acumulação no filtro vegetal e por desnitrificação tratando 60
habitantes – equivalente/ha. Os autores verificaram que um aumento da rega para
2000-5000 mm/ano iria diminuir a eficiência do processo depurativo em cerca de 10 a
55%.
27
Na região de Bogesun (Suécia), a aplicação de água residual dobrou a produção de
salgueiros, tendo-se verificado que para além da depuração de azoto presentes nas
águas, o salgueiro também teve um efeito depurativo nos teores de zinco e cádmio
existentes nos efluentes (10-12 t de salgueiro /ha.ano, matéria seca, removeram cerca
de 20g de Cd) (Börjesson e Berndes, 2006).
Börjesson e Berndes (2006) referem também o caso de Enköping (Suécia), uma
cidade com 20.000 habitantes, que tem uma estação de tratamento de água que utiliza
salgueiros no tratamento terciário. Cerca de 200.000 m3 de água são utilizados na
irrigação de cerca de 80 ha. Este tratamento adicional reduz em cerca de 50% a
poluição do lago Mälaren e do Mar Báltico. A central de co-geração de Enköping, que
funcionava a carvão, passou a trabalhar somente com madeira como combustível. O
salgueiro é incorporado na mistura de combustíveis (3000 m3 por dia no Inverno) e as
cinzas da central são misturadas com as lamas da estação de tratamento das águas
residuais, que são depois espalhadas nos salgueiros em crescimento, efectuando-se
dessa forma a reciclagem dos minerais. Os agricultores que gerem os 80 hectares de
salgueiro (50% das suas terras) estão bastante satisfeitos com a rentabilidade do
projecto. Orgulham-se dos contratos, em primeira instância com a cidade, que
financiou o sistema de irrigação e em segundo lugar com a central de co-geração,
para a qual fornecem a madeira, e pelos rendimentos que obtêm desse modo.
Convém notar que a operação é igualmente lucrativa para a autarquia, que consegue
efectuar economias que rondam 1.000.000€ através do seu investimento na
depuração das águas.
O Quadro 3.6 apresenta uma comparação entre os rendimentos em termos de
produção de biomassa da cultura energética, estimados para uma irrigação
convencional em diferentes regiões do país, com os rendimentos obtidos na irrigação
da mesma cultura com as águas residuais provenientes do sistema de tratamento
terciário.
Quadro 3.6 – Rendimento do Salgueiro irrigado com águas residuais na Suécia. Os valores apresentados
para os rendimentos da biomassa designados por Sistemas de Plantio Convencionais referem-se a
plantações trabalhadas e em bons solos, com exclusão da primeira colheita após o estabelecimento
quando a colheita é de aproximadamente 40% menor do que para as rotações subsequentes. Fonte:
Börjesson e Berndes (2006).
Região
Sudoeste da Suécia
Sudeste da Suécia
Centro da Suécia
Rendimento da
Biomassa. Sistemas de
Plantio Convencionais
-1
-1
t ms ha ano
14
8
10
Sistemas de Plantio
Irrigados com Águas
Residuais
-1
-1
t ms ha ano
18
16
16
Aumento no
Rendimento de
Biomassa
-1
-1
t ms ha ano
+4
+8
+6
%
+ 30
+ 100
+ 60
A variação regional na produção de biomassa mostrada pelos resultados
apresentados no Quadro 3.6 pode ser significativa devido a diferenças na
disponibilidade de água durante o período vegetativo (tal como preconizado por
Lindroth e Bǻth, 1999). As produções registadas no sudeste da Suécia são cerca de
50 a 60% das produções do sudoeste, devido a menores precipitações registadas
naquela região durante o Verão. As maiores respostas em termos de rendimentos de
biomassa à irrigação com águas residuais foram obtidas precisamente nestas regiões
28
com precipitação relativamente baixa durante o período vegetativo. (Börjesson e
Berndes, 2006)
Na Polónia, a investigação sobre o uso do salgueiro como filtro biológico tem vindo a
ser realizada desde os anos sessenta. Perttu e Kowalik (1997) referem que nos
ensaios em campo se obtiveram rendimentos na ordem de 5 a 14 t matéria seca /ha -1
ano-1, com reduções significativas da carga em CBO, N e P. Outros estudos têm sido
conduzidos com o intuito de produzir salgueiros com águas residuais como os de
Nielsen (1994) na Dinamarca, Sims e Riddel-Black (1998) na Nova Zelândia e
Adegbidi, et al. (2001) nos Estados Unidos.
Felix et al. (2008) referem-se ao crescimento de choupos numa localidade próxima de
Washington nos Estados Unidos, irrigados com águas provenientes de fossas
sépticas. O crescimento teve a duração de seis anos, e a produtividade média líquida
(5,5 t ha-1 ano-1) não foi afectada pela água de rega. Também Justin et al. (2010) e
Guidi et al. (2008) se referem a um incremento de biomassa devido à aplicação de
águas residuais, tanto no caso do choupo como do salgueiro.
Ai Sugiura (2009), refere-se a incrementos dos rendimentos de salgueiros (+ 1,43
vezes) e choupos (+ 1,16 vezes), aquando da irrigação com águas residuais
domésticas.
A rega de Miscanthus com águas residuais começa a ser experimentada em alguns
projectos de investigação, embora não se tenham encontrado projectos de
implementação em larga escala. É o caso do projecto Biocolt que pretende com os
estudos piloto projectar a descontaminação das águas residuais da região de Veneza
recorrendo a esta e outras culturas de crescimento rápido, com produção simultânea
de bioenergia (Picco, 2010).
No Brasil, têm sido também efectuados estudos com o rícino regado com água
residual, tendo-se verificado que as unidades irrigadas com esgoto tratado superaram
as irrigadas com um sistema convencional, em quase todas as variáveis analisadas
(Souza et al., 2010).
29
4. DESCRIÇÃO DAS METODOLOGIAS, DOS MATERIAIS E DOS
ENSAIOS
Como foi referido na Introdução, este trabalho teve como principal objectivo a
avaliação da produtividade e qualidade da biomassa da variedade G4 de kenaf,
irrigado com águas residuais domésticas tratadas apresentando diferentes
concentrações de ião amónio dissolvido em solução: 15 mg/l; 30 mg/l e 60 mg/l (NH4).
A par da irrigação com águas residuais, o kenaf foi também irrigado com água da rede
(controlo).
Apesar de o azoto apresentar uma concentração próxima dos 78% na composição
total da atmosfera terrestre, trata-se de um elemento que escasseia na litosfera e que
com enorme recorrência se encontra em deficiência nos solos. Por essa razão, tratase de um elemento que em muitas circunstâncias limita o crescimento vegetal. As
fontes habituais de azoto são os iões amónio e nitrato, que são absorvidos pela
fracção radicular. Os iões nitrato são reduzidos a ião amónio nas raízes e folhas. O ião
amónio, absorvido ou que procede da redução dos nitratos, é utilizado na produção de
aminoácidos e proteínas. (Wild, 1992)
O fornecimento exclusivo e em grandes quantidades de ião amónio pode ser muito
prejudicial para muitas espécies vegetais, devido: à sua absorção conduzir à
acidificação da rizosfera, afectando as disponibilidades de outros nutrientes; a poder
perturbar o metabolismo por provocar um aumento do pH a nível do citosol e vacúolos;
a poder provocar antagonismo iónico; a poder implicar um elevado gasto de
esqueletos carbonados a nível da raiz; ao ião nitrato ser necessário às plantas
(Varennes, 2003).
Justificadas as necessidades da aplicação de águas residuais na irrigação de culturas
agrícolas e energéticas, numa época em que a escassez de água potável se
apresenta como uma problemática cuja resolução e adequada abordagem é essencial,
interessa também conhecer o efeito da sua composição.
Fenómenos decorrentes de actividades humanas, como são os casos dos
escorrimentos oriundos de águas residuais, domésticas e industriais, podem contribuir
de forma acentuada para a incorporação de azoto nos ecossistemas aquáticos,
contribuindo para a sua degradação e perturbação. O azoto orgânico, o azoto
amoniacal, os nitritos e os nitratos constituem as principais formas de azoto doseadas
nas águas. Dentre todas as formas, o ião amónio é a forma que provoca um maior
consumo de oxigénio dissolvido nos meios aquáticos receptores, por poder ser
convertido na sua oxidação biológica a nitritos e nitratos (Mendes e Oliveira, 2004).
Acrescente-se ainda que a existência deste ião na composição de determinadas
águas pode contribuir para a alteração da qualidade da água e tornar a sua utilização
mais difícil, tanto no que concerne à diminuição da eficiência de desinfecção, como
pelos riscos para a saúde pública, que estando presente, ele comporta.
Tendo em conta as considerações anteriores, parece-nos pertinente a investigação do
efeito do ião amónio na produção de biomassa de kenaf, aquando da utilização de
águas residuais na sua irrigação.
30
4.1. METODOLOGIAS E MATERIAIS
4.1.1. Metodologias analíticas utilizadas na caracterização físico-química das
águas residuais utilizadas na irrigação e das águas de percolação
As águas residuais tratadas utilizadas nos nossos ensaios, foram recolhidas na ETAR
do Campo de Tiro de Alcochete, sendo que foram efectuadas duas recolhas durante o
período dos ensaios. Estas foram transportadas de imediato para o laboratório e
guardadas na arca frigorífica durante o período dos ensaios.
A recolha dos lixiviados foi efectuada três vezes, na 4ª semana após o plantio, na 8ª
semana e na véspera do corte, na 12ª semana. Estas amostras foram recolhidas em
frascos de plástico de 100 ml. As amostras foram depois filtradas por filtros de
membrana, com uma porosidade de 0,45 µm. Muitas dessas amostras não foram
analisadas de imediato, tendo sido conservadas segundo a norma ISO 5667-3 (1985).
Os métodos analíticos descritos no Quadro 4.1 foram utilizados para efectuar a
caracterização das águas residuais utilizadas na irrigação e dos lixiviados. Nos
lixiviados foi analisado apenas o azoto amoniacal.
4.1.2. Metodologias analíticas aplicadas às plantas
Neste ponto descrevem-se as metodologias aplicadas às plantas na sua
caracterização. Determinaram-se os parâmetros biométricos, a produtividade, a
densidade radicular e a composição química da biomassa.
Foram analisados os seguintes parâmetros biométricos: percentagem de germinação,
altura do caule, área foliar, número de folhas, comprimento das raízes e área radicular.
A percentagem de germinação foi determinada, por observação directa, no fim das
duas primeiras semanas de ensaio e calculada com base na expressão seguinte:
A altura dos caules, a contagem do número de folhas, a área foliar, assim como o
comprimento das raízes e a área radicular foram determinados no término dos
ensaios, após a colheita das plantas.
A altura dos caules foi medida com recurso a uma fita métrica, desde a base (cortada
ao nível do solo no vaso) até ao ápice (topo do caule). A área foliar foi determinada
num medidor de área foliar Li-3100C Area Meter da marca LI-COR Biosciences.
Recorreu-se ao mesmo aparelho para determinar a área radicular. O índice de área
foliar (cm2 cm-2) foi calculado com base na expressão seguinte:
em que a área do vaso correspondeu a 143 cm2.
31
Quadro 4.1: Métodos analíticos utilizados na caracterização físico-química das águas de irrigação e dos
lixiviados.
Parâmetros
pH
Condutividade
Carência bioquímica de oxigénio (CBO5,
20°C).
Carência química de oxigénio (CQO)
Sólidos Suspensos Totais (SST)
Sólidos Totais
Fosfatos
Fósforo total
Azoto amoniacal
Azoto Kjeldahl
Nitritos, Nitratos
Cloretos
Fluoretos
Sulfatos
Coliformes totais e fecais
Enterococos
Métodos analíticos
Electrometria (APHA et al., 1985).
Determinação efectuada com um condutivímetro (ISO 7888,
1985).
Determinação de O2 dissolvido antes e após cinco dias de
incubação a 20°C, ao abrigo da luz, com adição de um inibidor da
nitrificação (APHA et al., 1985).
Volumetria Redox. Método do dicromato de potássio (APHA et
al., 1985).
Filtração através da membrana filtrante de 0,45μm, secagem a
105°C e pesagem (APHA et al., 1985).
Evaporação, secagem a 105°C e pesagem (APHA et al., 1985).
Determinação dos fosfatos por espectrofotometria de absorção
molecular, através da formação de um complexo corado com
uma solução de molibdato de amónio, na presença de ácido
ascórbico e de tartarato de potássio e antimónio (Watanabe e
Olsen, 1965; ISO 6878-1, 1986).
Mineralização com persulfato de amónio (APHA et al., 1985).
Determinação dos fosfatos no digerido (Watanabe e Olsen, 1965;
ISO 6878-1, 1986).
Destilação, titulação do destilado com H2SO4 0.02N (ISO 5664,
1984).
Método Kjeldahl: Mineralização com H2SO4, destilação e titulação
do destilado com H2SO4 0.02N (ISO 5663, 1984).
Redução dos nitratos a nitritos, por contacto do extracto filtrado
com pó de zinco (Palintest Ltd). Determinação dos nitritos por
espectrofotometria de absorção molecular, através da formação
de um complexo corado vermelho-púrpura, pela combinação do
ácido sulfanílico diazotado com NED (ISO 6777, 1984; Jenkins et
al., 1996).
Titulação (método de Mohr) (APHA et al., 1985).
Espectrometria de absorção molecular (APHA et al., 1985).
Espectrometria de absorção molecular (APHA et al., 1985).
Fermentação em tubos múltiplos e subcultura dos tubos positivos
em meios de confirmação. (ISO 9308-3, 1998)
Fermentação em tubos múltiplos e subcultura dos tubos positivos
em meios de confirmação. (ISO 7899-1, 1998).
Alumínio (Al), Sódio (Na), Potássio (K),
Determinação dos metais, por espectrofotometria de absorção
Cálcio (Ca), Magnésio (Mg), Ferro (Fe),
atómica, no digerido ácido do resíduo seco. Ca e Mg segundo a
Manganés (Mn), Zinco (Zn), Cobre (Cu),
norma ISO 7980 (1986). Na e K de acordo com a ISO 9964 (1993).
Niquel (Ni), Chumbo (Pb), Cádmio (Cd) e
Ni, Cu, Zn e Pb através da norma ISO 8288 (1986), quando foi
Crómio (Cr).
utilizada a chama. Al, Fe e Mn com chama (APHA et al., 1985). Cd
Arsénio total
Mercúrio total
pela norma ISO 5961 (1994). Cr pela norma ISO 9174 (1990).
Digestão da amostra com persulfato de potássio, a quente, em
meio ácido, de modo a oxidar todas as formas de arsénio
presente a As (V). Determinação do As por espectrofotometria de
absorção atómica (APHA et al., 1985).
Digestão da amostra com permanganato de potássio e persulfato
de potássio, a quente, de modo a converter todas as formas de
2+
mercúrio presente a Hg . Redução do excesso de oxidante com
cloreto de hidroxilamónio. Determinação do Hg, nos extractos,
por espectrofotometria de absorção atómica (ISO 5666-1, 1983).
32
Retiradas as raízes de cada vaso, a terra foi removida com recurso a um pincel
(trincha). O índice de área radicular, foi calculado com base numa expressão análoga
à descrita para o Índice de área foliar, e que se apresenta de seguida:
Depois de registadas as áreas radiculares, o comprimento das raízes foi medido
utilizando uma fita métrica, desde a zona do corte (que dividiu a raiz do caule) até à
extremidade radicular mais longa.
A determinação da produtividade das plantas foi realizada no final do ensaio
experimental através da pesagem tanto da sua parte aérea como das raízes. A parte
aérea foi subdividida em folhas, caule externo e caule interno. As amostras (cada
fracção) foram pesadas para a obtenção dos pesos frescos e posteriormente secas a
40ºC durante 48 h, numa estufa de vácuo. Procedeu-se novamente à pesagem das
amostras para quantificação dos pesos secos (Dyckhoff et al., 1996). Depois deste
procedimento, as amostras foram cortadas, crivadas por um filtro de malha de 1 mm e
guardadas em sacos de plástico devidamente etiquetados, que foram armazenados
num local seco e fresco até o seu conteúdo ser analisado (Adrian et al., 2000).
Os cálculos das produtividades, expressos em g m-2, para as diferentes componentes
(caules externo e interno, folhas e raízes) basearam-se na seguinte equação geral:
A produtividade aérea global foi obtida através da adição das produtividades
determinadas para o caule interno e caule externo e produtividade das folhas.
A densidade radicular foi determinada após a obtenção dos pesos da fracção radicular
obtidos em cada vaso, e foi calculada através da expressão seguinte:
A caracterização química da biomassa foi feita com base nos métodos analíticos
descritos no Quadro 4.2.
4.2. ENSAIOS DE TRATABILIDADE
Nestes ensaios pretendeu-se estudar o desenvolvimento da planta face à irrigação
com águas residuais com diferentes concentrações de azoto amoniacal. Nos ensaios
foi utilizada a variedade G4 de kenaf. As sementes foram fornecidas pelo CRES
(Center for Renewable Energy Sources, Pikermi, Grécia).
33
Quadro 4.2: Metodologias analíticas utilizadas na caracterização química da biomassa.
Parâmetros
Métodos analíticos
Cinzas
Resíduo mineral obtido após incineração a 550 ± 50ºC durante 3 h (AOAC, 1990).
Azoto total
Método Kjeldahl: Mineralização com H2SO4, destilação e titulação do destilado com
H2SO4 0.02N (Watts e Halliwell, 1996).
Fósforo
Digestão a quente com HNO3 e H2SO4 (Watts e Halliwell, 1996). Determinação dos
fosfatos no digerido, por espectrofotometria de absorção molecular, através da formação
de um complexo corado com uma solução de molibdato de amónio, na presença de ácido
ascórbico e de tartarato de potássio e antimónio (Watanabe e Olsen, 1965).
Na, K, Ca, Mg,
Mineralização das amostras por via seca (incineração em mufla a 550±50ºC) e dissolução
Fe, Mn, Zn, Cu,
das cinzas com ácido nítrico (Vandecasteele e Block, 1993). Determinação dos metais,
Ni, Cd, Cr, Al,
nos extractos, por espectrofotometria de absorção atómica.
Pb
Os ensaios foram realizados em vasos com um diâmetro de 13,5 cm e uma altura de
11,5 cm. Cada vaso foi preenchido com aproximadamente 0,25kg de um substrato
vegetal fertilizado da marca SIRO-Plant e 0,35kg de solo obtido na área em redor do
Edifício Departamental da FCT/UNL. Alguns vasos foram adubados com nitrolusal (8g
N/m2), superfosfato de cálcio (6g P2O5/m2) e sulfato de potássio (12g K2O/m2), de
acordo com o indicado por (El Bassam, 1998). Nestes vasos pretendeu-se estudar o
efeito da adubação NPK. Foram utilizados os seguintes adubos comercializados pela
empresa ADP – Adubos de Portugal S.A.:
•
P – Superfosfato de cálcio 18%, contendo 18,0% de fósforo (P2O5), 29,0% de
cálcio (CaO) e 30,0% de enxofre (SO3);
•
K – Sulfato de potássio, contendo 50,0% de potássio (K2O), 45% de enxofre
(SO3) e um máximo de cloro de 3% (Cl);
•
N – Nitrolusal 26, uma mistura homogénea de nitrato de amónio e de carbonato
de cálcio, contendo 26,0% de azoto (N) e 12,8% de cálcio (CaO).
A sementeira foi realizada a 16 de Abril de 2010. Em cada vaso foram semeadas dez
sementes de kenaf de modo equidistante. Os ensaios foram finalizados a 15 de Julho,
quando as plantas foram colhidas (antes da floração).
A irrigação dos solos com águas residuais foi feita com o objectivo de estudar o efeito
do ião amónio no crescimento, produtividade e qualidade da biomassa de kenaf. Como
termo de comparação, foram utilizados vasos que foram regados com água da rede,
denominados controlo, e com adubação NPK. Todos os ensaios foram realizados em
triplicado.
O Quadro 4.3 indica os níveis de contaminação testados e o esquema dos ensaios. Na
preparação das soluções N30 e N60, o cloreto de amónio utilizado tinha grau de
pureza analítico.
34
Quadro 4.3: Níveis de contaminação testados e esquema dos ensaios.
Contaminação
Adubação
Descrição
N0 (Controlo)
NPK
Irrigação com água potável e adição de NPK
N15
-
Irrigação com a água residual de Alcochete
(15 mg/l NH4)
NPK
Irrigação com a água residual de Alcochete e com adição de NPK
N30
-
Irrigação com água residual de Alcochete + 15 mg/l de NH4Cl
(30 mg/l NH4)
NPK
Irrigação com água residual de Alcochete + 15 mg/l de NH4Cl+NPK
N60
-
Irrigação com água residual de Alcochete + 45 mg/l de NH4Cl
(60 mg/l NH4)
NPK
Irrigação com água residual de Alcochete + 45 mg/l de NH4Cl+NPK
Os níveis de contaminação em ião amónio, foram escolhidos tendo como base o valor
da concentração de azoto amoniacal da água residual de Alcochete (15 mg/l NH4). De
acordo com o Anexo XVI do Dec. Lei 236/98, o azoto amoniacal não é um parâmetro
considerado.
Ao longo do ensaio, os vasos foram regados com as diversas modalidades, de modo a
compensar o défice de água no solo e para prevenir o estabelecimento de uma
situação de tensão hídrica. Cada vaso consumiu cerca de 4,75 dm3 de água de rega
ao longo do ensaio, ou seja um consumo de cerca de 330 mm.
Os ensaios decorreram no laboratório 373 do Edifício Departamental, no Campus da
FCT/UNL (Figura 4.1), em condições de temperatura controlada (20 ± 3ºC). As horas
diárias de luz fornecidas foram constantes ao longo do ensaio (14,5h). Entre a
sementeira e o momento em que os maiores espécimes de plantas atingiram os 68
cm, as plantas receberam entre 7500 e 15000 lux. A iluminância foi sempre de 15000
lux desde esse momento até ao fim dos ensaios (ao nível do topo das plantas).
Utilizou-se o programa Microsoft Excel 2007 para a realização da análise de variância
– ANOVA – e Teste-t dos resultados obtidos para os diferentes parâmetros.
Figura 4.1: Aspecto da estufa montada para os ensaios de tratabilidade.
35
5. RESULTADOS E SUA DISCUSSÃO
De seguida apresentam-se os resultados obtidos depois da aplicação dos métodos e
respectivos procedimentos, assim como da utilização dos materiais descritos no
capítulo anterior. Por motivos de simplificação da análise desta discussão dos
resultados obtidos o termo “amostra” foi usado como sinónimo de “tipo de irrigação”.
No caso das amostras com aplicação dos macronutrientes principais: azoto (N),
fósforo (P) e potássio (K); considere-se sempre na análise que essa aplicação
envolveu valores fixos para esses macronutrientes, indicados no capítulo 4.
Considere-se que a amostra Água Residual apresenta diferentes concentrações em
ião amónio, e que nesta análise se comparam assim, as respostas das plantas para
essas diferentes concentrações no ião: 15 mg/l; 30 mg/l e 60 mg/l de ião amónio em
solução (azoto expresso na forma de NH4). A amostra designada Controlo indica que a
irrigação foi realizada com Água da Rede. Neste Controlo foi efectuada uma
fertilização NPK. Consideraram-se uniformes todos os outros factores presentes no
momento da irrigação.
Esta análise começa pela caracterização físico-química das águas residuais
domésticas usadas na irrigação, pela análise da qualidade dos lixiviados, em termos
dos teores de ião amónio, e depois, interpretar-se-ão os resultados obtidos para os
parâmetros analisados na biomassa de kenaf.
5.1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS ÁGUAS RESIDUAIS
Os resultados obtidos na caracterização físico-química da água residual da ETAR do
Campo de Tiro de Alcochete apresentam-se no Quadro 5.1.
Os valores apresentados no Quadro 5.1. mostram que alguns dos parâmetros
analisados nas águas utilizadas na irrigação nos nossos ensaios, não se encontram
nos níveis indicados como recomendados e admissíveis na legislação portuguesa. De
acordo com o Anexo XVIII do DL 236/98, relativo aos valores limite de emissão (VLE)
na descarga de águas residuais pode observar-se que os valores da CBO5 (mg/l, O2)
estão acima do VLE (40 mg/l, O2). Os valores do fósforo total (mg/l P) apresentam
valores superiores ao VLE (10 mg/l P). A concentração de azoto amoniacal (mg/l NH4)
também excede o VLE (10 mg/l NH4). Também o azoto total (azoto kjeldahl mais
nitritos e nitratos) se encontra acima do VLE (15 mg/l N). Na altura em que as águas
residuais tratadas foram recolhidas na ETAR, o arejador estava avariado, o que pode
explicar os valores excessivos em alguns parâmetros. Este problema foi entretanto
resolvido na ETAR. Os resultados apresentados no Quadro 5.1 reflectem a
caracterização das águas na 1ª recolha efectuada. Ao longo dos ensaios foi feita mais
uma recolha na ETAR e para a maioria das análises a variação foi inferior a 10%. As
águas residuais após recolha foram armazenadas numa arca frigorífica a + 4±3 ºC
para que a variabilidade da sua composição não sofresse alterações significativas ao
longo do estudo. Também neste caso, a variabilidade na composição foi inferior a
10%, tendo-se verificado, ao longo do estudo uma diminuição dos teores em azoto
amoniacal, nitritos e nitratos (os únicos parâmetros analisados nas águas residuais
armazenadas).
36
Quadro 5.1: Caracterização físico-química das águas residuais da ETAR do Campo de Tiro de Alcochete.
Parâmetro
pH
Condutividade (mS/cm ou dS/m)
CBO5 (mg/l, O2)
CQO (mg/l O2)
Sólidos Suspensos Totais (mg/l)
Sólidos Totais (mg/l)
Alumínio (mg/l)
Ferro total (mg/l)
Manganês Total (mg/l)
Fosfatos (mg/l P)
Fosfatos (mg/l P2O5)
Fósforo total (mg/l P)
Azoto amoniacal (mg/l NH4)
Azoto Kjeldahl (mg/l N)
Nitritos (mg/l NO2)
Nitratos (mg/l NO3)
Arsénio total (µg/l)
Chumbo total (mg/l)
Cádmio total (mg/l)
Crómio total (mg/l)
Crómio hexavalente (mg/l Cr VI)
Cobre total (mg/l)
Níquel total (mg/l)
Mercúrio total (µg/l)
Zinco (mg/l)
Sódio (mg/l)
Cálcio (mg/l)
Magnésio (mg/l)
Potássio (mg/l)
Cloretos (mg/l)
Fluoretos (mg/l)
Sulfatos (mg/l SO4)
Coliformes totais (NMP/100 ml)
Coliformes fecais (NMP/100 ml)
Enterococos (NMP/100ml)
Média + Desvio Padrão
7,12±0,01
0,582±0,005
66±6
80±10
28±4
410±30
<0,037
0,80±0,07
<0,0026
1,90±0,02
4,35±0,05
13,2±0,1
15,3±0,2
24±4
0,018±0,002
0,17±0,02
<0,32
<0,023
<0,0039
<0,0070
<0,0050
0,042±0,001
<0,0070
<1,2
0,074±0,009
60±5
6,9±0,1
5,3±0,3
13,6±0,6
56±1
1,25±0,05
<5
5
93 x 10
5
12 x 10
3
12 x 10
De acordo com o Anexo XVI do DL 236/98 (Qualidade das águas destinadas à rega),
observa-se que os níveis de coliformes fecais se encontram muito acima do valor
máximo recomendado (VMR, 100/100 ml). Todos os outros parâmetros analisados
estão de acordo com os critérios de qualidade descritos no Anexo XVI do DL 236/98.
5.2. ANÁLISE DAS ÁGUAS DE PERCOLAÇÃO
Neste ponto serão analisados os resultados obtidos nas águas de percolação.
Primeiramente analisar-se-ão os teores de azoto amoniacal recolhidos após a 4ª
semana após o plantio (primeira recolha), e posteriormente será efectuado o mesmo
para os resultados obtidos na 8ª semana e 12ª semana (véspera do corte). A
37
determinação do ião amónio obtido nas águas de percolação nestes ensaios pode
indicar as quantidades deste ião que poderão ser lixiviadas/percoladas em condições
edáficas e pedológicas similares às simuladas nestes ensaios. Esta análise é
importante para averiguar se a produção desta cultura energética irrigada com águas
residuais poderá ou não contribuir para a contaminação de um meio receptor dessas
águas: solo e/ou lençóis freáticos. O Quadro 5.2 apresenta os resultados obtidos na
análise das águas de percolação.
-3
Quadro 5.2: Concentração de azoto amoniacal nas águas de percolação (mg N dm ) nos diversos
ensaios ao longo do tempo
N amoniacal
(mg N dm-3)
Primeira Recolha
(4ª semana)
Segunda Recolha
(8ª semana)
Terceira Recolha
(12ª semana)
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
5,77±3,25
3,64±0,97
3,90±0,33
8,42±2,71
7,58±2,62
13,7±8,48
15,9±9,10
<0,18
4,67±0,70
6,81±0,32
[<0,18 - 1,40]
[0,28 - 3,64]
3,27±1,80
5,51±1,86
<0,18
<0,18
<0,18
<0,18
[<0,18 - 1,26]
[<0,18 – 0,56]
[<0,18 – 0,98]
Nota: Em algumas amostras, nos triplicados, alguns dos valores obtidos foram muito reduzidos ou até
não detectáveis. Nestas situações, os resultados foram apresentados sob a forma de intervalo entre o
valor mínimo e máximo obtido nas réplicas de cada amostra.
Não se constataram diferenças significativas entre as amostras, no referente à
concentração de azoto amoniacal na primeira recolha das águas de percolação
realizada na quarta semana após o plantio (P = 0,064; ANOVA). A figura 5.1 apresenta
os valores de concentração de azoto amoniacal presentes na primeira recolha das
águas de percolação (mg N dm-3) para as diferentes amostras.
Concentração de azoto amoniacal na 1ª recolha das águas de percolação
Azoto amoniacal
(mg N dm-3)
30
Controlo
25
Água Residual (15 mg/l NH4)
20
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
15
10
Água Residual (30 mg/l NH4)
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
5
0
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
Figura 5.1: Concentração de azoto amoniacal presente na primeira recolha das águas de percolação (mg
-3
N dm ) para os diferentes tipos de irrigação.
É notório, contudo, a tendência para maiores teores de azoto nas águas de percolação
das amostras regadas com teores superiores em azoto amoniacal (embora esse
38
aumento não tenha apresentado significado estatístico). Na amostra Controlo, os
teores em azoto amoniacal nas águas de percolação foram semelhantes aos obtidos
nas amostras com 15 mg/l (NH4). Neste caso, o azoto amoniacal lixiviado/percolado
resultou da fertilização azotada dado que a água da rede não apresenta azoto
amoniacal (dados não apresentados mas verificados em diversas análises realizadas
à água da rede no laboratório 145 do Ed. Departamental – informação prestada pela
Profª Ana Luisa Fernando).
A figura 5.2 representa os resultados obtidos para a concentração de azoto amoniacal,
no que concerne à segunda recolha das águas de percolação, realizada à 8ª semana
após o plantio da variedade G4 de kenaf. Aqui, os dados observados mostraram
existirem diferenças significativas entre as diversas amostras, após análise de
variância dos resultados (P = 6,50E-05; ANOVA).
Concentração de azoto amoniacal na 2ª recolha das águas de percolação
Azoto amoniacal
(mg N dm-3)
8
a,c
a,b
Controlo
7
Água Residual (15 mg/l NH4)
6
b,c
a,b,c,d
5
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (30 mg/l NH4)
4
c,d
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
3
2
d
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
0
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
Figura 5.2: Concentração de azoto amoniacal presente na segunda recolha das águas de percolação (mg
-3
N dm ) para os diferentes tipos de irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias
significativamente diferentes).
Não foi detectado azoto amoniacal nas águas de percolação do Controlo. A amostras
obtidas nos vasos regados com águas residuais e fertilizadas com NPK apresentaram
teores mais elevados de azoto que as amostras obtidas só com a rega com águas
residuais, mas sem diferenças significativas. As amostras obtidas na rega com 30 mg/l
(NH4) apresentaram teores inferiores em azoto amoniacal em comparação com as
amostras obtidas na rega com 15 mg/l e 60 mg/l (NH4). Globalmente, os teores em
azoto amoniacal obtidos na segunda recolha foram inferiores aos obtidos na 1º
recolha.
Se considerarmos os resultados obtidos na terceira recolha, pode afirmar-se que se
verificou uma diminuição muito significativa de azoto amoniacal nas águas de
percolação face às colheitas anteriores. A figura 5.3 representa os resultados máximos
39
obtidos nas diferentes amostras, na 3º colheita. Não se detectou azoto amoniacal na
maioria das amostras.
Concentração de azoto amoniacal na 3ª recolha das águas de percolação
Azoto amoniacal
(mg N dm-3)
1,4
Controlo
1,2
Água Residual (15 mg/l NH4)
1
Água Residual (15 mg/l NH4)
+ NPK
0,8
Água Residual (30 mg/l NH4)
0,6
Água Residual (30 mg/l NH4)
+ NPK
0,4
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,2
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
-3
Figura 5.3: Concentração de azoto amoniacal máxima (mg N dm ) presente na terceira recolha das
águas de percolação para os diferentes tipos de irrigação.
Estes resultados indicam que as plantas acumularam e retiveram esse azoto
amoniacal, tendo funcionado como filtro biológico. Mesmo considerando que parte do
azoto amoniacal, devido à sua carga positiva, possa ter ficado adsorvido nas
partículas argilosas do solo, carregadas negativamente. Este resultado será
comprovado na análise da composição em azoto da biomassa.
5.3. CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA
5.3.1. Germinação
O ciclo biológico de uma planta começa com a germinação da semente. Nesta fase é
essencial a existência de água e oxigénio, sendo que o processo é também
influenciado pela temperatura do solo. As reservas contidas na semente são oxidadas
fornecendo energia, pequenas moléculas e nutrientes essenciais para a formação dos
meristemas e divisão celular. O crescimento da planta irá ser influenciado pelos
factores de crescimento: factores genéticos, factores edáficos e bióticos (Varennes,
2003).
Neste ponto apresenta-se a percentagem de germinação para os diferentes ensaios
com distintos tipos de águas usadas na irrigação da variedade G4 de Kenaf. O Quadro
5.3 e a figura 5.4 apresentam os valores percentuais obtidos.
40
Quadro 5.3: Germinação (%).
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
+ NPK
30±20
23±6
50±10
43±25
27±6
30±17
23±12
Percentagem de germinação por amostra
Germinação (%)
80
Controlo
70
60
Água Residual (15 mg/l NH4)
50
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
40
Água Residual (30 mg/l NH4)
30
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
20
Água Residual (60 mg/l NH4)
10
Água Residual (60 mg/l de NH4) + NPK
0
Figura 5.4: Percentagem de germinação por amostra (%). A figura apresenta os valores médios de
germinação por amostra, e respectivos desvio padrão.
A variabilidade em termos de percentagem de germinação foi elevada na maioria das
amostras, tanto entre amostras como entre réplicas. De um modo geral a germinação
por amostra apresentou valores bastante baixos, sendo que a maior percentagem
obtida se verificou para o ensaio Água residual (15 mg/l NH4) com adição de NPK
(50±10%).
A variabilidade do número de plantas por vaso pode estar relacionada com vários
factores, casos do estado de conservação das sementes; eventualidade de ocorrência
de plantio a diferentes profundidades; presença de fungos ou outros infestantes no
solo que pela competição com as sementes ou sua inibição tenham afectado esse
crescimento; encharcamento; assim como a proximidade das sementes com os
adubos, factor que as poderia ter danificado ou inibido de crescer.
LeMahieu et al. (1991) referem-se ao facto das sementes de kenaf serem
relativamente pequenas e por isso ser necessário um bom contacto entre o solo e a
semente para que ocorra a germinação. No ensaio efectuado, as sementes foram
colocadas a cerca de 2 cm de profundidade na mistura de solo com húmus
desenvolvida para a experiência, tendo sido aí acomodadas, promovendo-se esse
contacto, condição óptima para a germinação. Admite-se, contudo, que em alguns
casos esse factor não se tenha verificado, devido a eventuais erros durante essa
41
operação, e que para algumas sementes isso possa ter sido decisivo. De certo modo
as condições pedológicas dentro do vaso não foram um factor decisivo na germinação
das plantas, pois essas condições foram relativamente homogeneizadas durante a
fase de preparação do solo. Note-se a este respeito que, de vaso para vaso, em todas
as amostras, as plantas tanto cresceram no centro do vaso como nas suas bordas.
Relativamente à hipótese de infestantes terem danificado as sementes,
nomeadamente infestantes herbáceas, a sua presença não deve ter sido
determinante, uma vez que nunca se registou nenhum crescimento de outras espécies
de plantas ao longo dos ensaios. Tal reforça o facto da peneiração prévia, realizada
durante a fase de preparação do solo, ter sido efectuada de modo adequado.
No caso da presença de fungos não foram desenvolvidos nenhuns ensaios para
determinar a sua presença ou ausência. Alguns autores referem-se a experiências em
que testam diferentes variedades de kenaf na resistência ao ataque de fungos (como
os de Cook et al., 1995). Neste ensaio, as águas usadas na rega podem não só ter
contribuído para a germinação das plantas como também para o desenvolvimento de
fungos no solo devido à elevada humidade no mesmo, após a rega.
Eventualmente, algumas sementes poderão ter ficado a uma maior profundidade que
a aconselhada para obtenção de uma óptima germinação, tanto pelo desenvolvimento
incorrecto da técnica de colocação por parte do operador, como pelo também eventual
transporte da semente para maiores profundidades, durante a primeira rega, altura em
que a porosidade do solo ainda era elevada, e as sementes poderiam ser arrastadas
entre as partículas de solo.
Para se interpretar de um modo mais assertivo os resultados obtidos e confirmar as
hipóteses levantadas, foi efectuada a sua interpretação estatística, nomeadamente da
respectiva significância pela Análise de variância – ANOVA – para as diferentes
amostras.
Da análise estatística dos resultados obtidos, concluiu-se que em termos de
percentagem de germinação não se verificaram variações estatisticamente
significativas entre diferentes amostras (P = 0,294; ANOVA). As amostras regadas
com 15 mg/l NH4 e fertilizadas com NPK e as amostras regadas com 30 mg/l de NH4
apresentaram as maiores taxas de germinação, embora sem diferenças significativas
para as restantes amostras. Nas amostras regadas com 30 mg/l de NH4 verificou-se o
maior dos desvios padrão no que concerne à germinação (25%), o que evidencia a
enorme variabilidade na germinação observada entre replicados. Tudo indica,
portanto, que as percentagens de germinação observadas nos diversos vasos não foi
influenciada pelo tipo de água utilizada e sim por outros factores. Das restantes
hipóteses levantadas, o estado de conservação das sementes (foram fornecidas pelo
CRES, mas eram sementes com um tempo de armazenagem superior a um ano), e o
contacto entre a semente, o solo e a água disponível na altura do plantio parecem ser
os factores que podem ter, efectivamente, condicionado a germinação. Tendo em
conta o facto de que a variedade G4 de kenaf é uma variedade que ainda está a ser
testada, e sobre a qual a informação disponível acerca da germinação ainda não é
suficiente, a reduzida germinação verificada pode entender-se. Resultados
42
semelhantes mas ligeiramente superiores (percentagem de 55% para a G4) foram
obtidos por Catroga et al. (2005).
5.3.2 Parâmetros Morfológicos e de Produtividade
5.3.2.1 Altura do Caule
Depois da germinação das sementes, ocorre em primeiro lugar a formação da raíz,
órgão responsável pela absorção de água e nutrientes. De seguida dá-se a
emergência. Ocorrendo a emergência da plântula inicia-se a síntese de clorofila,
induzida pela luz. Nesta fase, a radiação luminosa, a temperatura do ar e a
concentração de dióxido de carbono presente na atmosfera constituem factores
importantes no crescimento e desenvolvimento das plantas2 (Varennes, 2003).
Neste ponto pretende-se averiguar que factores poderão traduzir os resultados obtidos
para as diferentes amostras, no tocante às alturas dos caules.
O Quadro 5.4 apresenta os resultados obtidos na medição da altura do caule das
plantas da variedade de G4 de kenaf, no final do estudo experimental.
Quadro 5.4: Altura média dos caules (cm) no final dos ensaios para as diferentes amostras.
Controlo
77±36
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
104±25
64±36
65±36
87±27
68±32
72±32
Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes
amostras (P = 0,166; ANOVA). É notória, contudo, a variação de alturas registadas em
cada vaso para as diferentes plantas e entre replicados na mesma amostra. Na
amostra Controlo, a planta mais pequena apresentava 34 cm, e a maior 128 cm, e das
nove plantas que se obtiveram neste controlo (nos três vasos), cinco apresentaram
alturas até 61 cm, sendo que, contudo, as restantes quatro atingiram todas alturas
acima de 1 metro. Na amostra Água Residual (15 mg/l NH4) obtiveram-se em média as
plantas mais altas (104 cm), embora a diferença para as outras amostras não tenha
apresentado significado estatístico. A amostra Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK foi
a que apresentou a segunda média mais elevada (87 cm). As restantes amostras
apresentaram resultados muito uniformes entre si.
Portanto, pode verificar-se que o crescimento do kenaf não foi influenciado pelas
águas utilizadas na rega (neste ensaio). Significa, também, que a irrigação do kenaf
com águas residuais contendo até 60 mg/l NH4 não influenciam o crescimento do
kenaf (nem em termos positivos, nem em termos de fitotoxicidade).
2
Considera-se crescimento como sendo o aumento do tamanho de uma planta, quantificado pela sua
biomassa ou dimensão; e desenvolvimento, como correspondendo à progressão de uma planta desde a
germinação da semente até à respectiva maturação.
43
O ritmo de crescimento dos caules foi de 1,24 cm/dia no caso da amostra Água
Residual (15 mg/l NH4), sendo que para o maior espécime dessa amostra (e de todo o
ensaio), que apresentava 134,8 cm, esse ritmo de crescimento foi de 1,60 cm/dia.
A figura 5.5 ilustra os resultados obtidos nas medições da altura dos caules das
plantas de kenaf.
Altura média dos caules
Altura do caule
(cm)
140
120
100
80
60
40
20
0
Controlo
Água Residual (15 mg/l NH4)
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (30 mg/l NH4)
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
Figura 5.5: Altura dos caules de kenaf (cm) para os diferentes tipos de irrigação.
Convém referir que se verificou em alguns espécimes, sobretudo os maiores, e em
particular nas amostras que foram regadas com teores superiores de azoto amoniacal,
um diâmetro mais reduzido na zona inferior do caule, assim como, em alguns
espécimes se verificou acama da planta. Neste ensaio verificou-se também que com o
aumento do teor de azoto amoniacal na água de rega, a dureza dos caules foi
diminuindo. Estas observações estão de acordo com o que está indicado em Wild
(1992) que afirma que o excesso de azoto pode levar a este tipo de resposta na
morfologia das plantas. Efectivamente, a adição de um excesso de azoto implica uma
maior absorção neste elemento. Devido a esta maior absorção, a formação de
açúcares na planta é de alguma forma afectada, levando a uma menor espessura das
paredes celulares, que resulta num risco acrescido para a acamação, devido à
debilidade dos caules.
Foi na amostra Água Residual (15 mg/l NH4) que se registou o maior espécime de todo
o ensaio com 134,8 cm. E verificou-se que em todos os vasos de todas as amostras,
independentemente da taxa de germinação e do número de plantas registadas,
cresceram espécimes com alturas superiores a 90 cm. Parece, por isso, ter existido
domínio de um dos espécimes em relação aos restantes dentro de cada vaso. Este
facto sugere a existência de competição entre as plantas dentro do mesmo vaso, tanto
pela disputa dos nutrientes presentes no solo, como também pela luz, disponível 14,5
horas por dia, correspondente ao fotoperíodo de Junho. Plantas com maiores alturas
44
apresentaram maiores áreas foliares, e portanto contribuíram com maiores áreas de
ensombramento, factor condicionante dos estratos inferiores.
5.3.2.2. Índice de Área Foliar
Esgotadas as reservas da semente, o crescimento das plantas depende da
intercepção da radiação solar pelas folhas e da absorção de nutrientes pelas folhas e
raízes. Para as mais diversas culturas, e para as culturas energéticas herbáceas não é
distinto, o índice de área foliar3 deverá situar-se entre os 4 e os 6 m2 m-2, dependendo
da espécie e da intensidade luminosa. Todos os factores que restrinjam a formação de
uma área foliar adequada, ou que causem a senescência prematura das folhas,
afectam o crescimento das plantas. Um excesso de azoto conduz normalmente a um
aumento da área foliar, mesmo para além do óptimo da cultura, de que resulta o
ensombramento mútuo das folhas e um decréscimo da fotossíntese. Quanto maior a
área foliar maior será também a razão entre essa área e a área de solo disponível
para a cultura (Varennes, 2003).
Existe normalmente uma correlação positiva entre o teor de nutrientes nas folhas e a
taxa de fotossíntese, resultante das funções desempenhadas pelos nutrientes no
metabolismo das plantas. O azoto está normalmente presente nas proteínas
necessárias à fotossíntese e na clorofila e o fósforo nas moléculas envolvidas nas
transferências de energia e poder redutor (Varennes, 2003).
O Quadro 5.5. apresenta os diferentes índices de área foliar para as diferentes
amostras.
2
-2
Quadro 5.5: Índice de área foliar médio (cm cm ) das plantas da variedade G4 de kenaf para diferentes
tipos de irrigação.
Controlo
7,7±3,1
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
8,2±1,2
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
10,4±0,1
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
8,7±1,9
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
+ NPK
10,4±1,7
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
8,4±0,6
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
+ NPK
8,3±1,8
Não foram registadas diferenças estatisticamente significativas entre os valores do
índice de área foliar (P= 0,367; ANOVA). É notório o facto de que todos os valores
relativos ao índice médio de área foliar são mais elevados que a faixa óptima4 de 4 a 6
m2 m-2 considerada por Varennes (2003). Este facto sugere a presença de uma
acumulação muito elevada de azoto, que se traduziu numa maior área das folhas.
Inclusive no Controlo. Neste caso, a acumulação elevada de azoto deve-se não só à
fertilização azotada do solo mas também aos teores muito elevados de nitratos
presentes na água da rede (dados não apresentados mas verificados em diversas
análises realizadas à água da rede no laboratório 145 do Ed. Departamental –
3
2
-2
Área de folhas por unidade de solo, expresso em m m .
2
-2
Note-se que os valores referidos pelo autor estão expressos em m m e que o valor será exactamente
2
-2
o mesmo expresso em cm cm , caso dos valores do Quadro 5.5.
4
45
informação prestada pela Profª Ana Luisa Fernando). A figura 5.6. apresenta as
mesmas informações que o Quadro 5.5, mas pode ajudar-nos na análise das relações
existentes entre amostras com diferentes irrigações.
Índice de Área Foliar
Índice de Área Foliar
cm2 cm-2
14
Controlo
12
Água Residual (15 mg/l NH4)
10
Água Residual (15 mg/l NH4)
+ NPK
8
Água Residual (30 mg/l NH4)
6
Água Residual (30 mg/l NH4)
+ NPK
4
Água Residual (60 mg/l NH4)
2
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
2
-2
Figura 5.6. – Índice de área foliar médio (cm cm ) obtido para as diferentes amostras.
Embora sem significado estatístico, as amostras que apresentaram maior índice de
área foliar foram aquelas em que os vasos foram regados com 15 mg/l (NH4) e com 30
mg/l (NH4) e que foram fertilizadas com NPK. Os resultados obtidos indicam,
igualmente, que a área foliar não foi influenciada pela qualidade das águas utilizadas
na rega (neste ensaio).
5.3.2.3. Número de folhas por caule
O Quadro 5.6 e a figura 5.7 ilustram os resultados obtidos para o número de folhas por
caule, por amostra.
Quadro 5.6: Número médio de folhas por caule para os diferentes tipos de irrigação.
Controlo
10±4
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
11±5
9±5
11±4
12±6
12±6
12±5
Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre as médias do
número de folhas por caule, por amostra (P=0,793; ANOVA). Este resultado está em
consonância com o resultado obtido no ponto anterior (índice de área foliar). Em
termos do nº de folhas por caule, verificou-se, também, uma elevada uniformidade de
resultados entre as diversas amostras.
46
Número de Folhas por caule, por amostra
Nº Folhas por caule
20
Controlo
18
Água Residual (15 mg/l NH4)
16
14
Água Residual (15 mg/l NH4)
+ NPK
12
Água Residual (30 mg/l NH4)
10
8
Água Residual (30 mg/l NH4)
+ NPK
6
Água Residual (60 mg/l NH4)
4
2
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
Figura 5.7: Número médio de folhas por caule, obtido para as diferentes amostras.
5.3.2.4. Comprimento das raízes, densidade radicular e índice de área radicular
Após a germinação, as reservas contidas na semente são oxidadas fornecendo
energia, pequenas moléculas e nutrientes essenciais para a formação dos meristemas
e divisão celular. Ocorre a formação da raiz, órgão responsável pela absorção de água
e nutrientes. Em muitas espécies de plantas uma diminuição da razão entre a parte
aérea e a raiz decorre de situações decorrentes da falta de água, e baixas
concentrações de azoto e fósforo5 (Varennes, 2003). Nesses casos a planta investe
mais no sistema radicular, um mecanismo que lhe permite explorar um maior volume
de solo quando esses factores são limitantes. No nosso caso, estamos a fornecer um
excesso de azoto. Interessa assim, investigar qual o comportamento do sistema
radicular da variedade G4 de kenaf para os diferentes tipos de irrigação. O Quadro 5.7
apresenta os resultados para o comprimento das raízes.
Quadro 5.7: Comprimento médio das raízes (cm) para os diferentes tipos de irrigação.
Controlo
27±6
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
33±7
28±5
33±11
24±3
27±2
28±9
Também no caso do comprimento médio das raízes não se verificaram diferenças
estatisticamente significativas (P = 0,737; ANOVA) entre amostras. O comprimento
médio das raízes mais longo dos ensaios foi verificado nas amostras Água Residual
(15 mg/l NH4) e Água Residual (30 mg/l NH4), as quais apresentaram valores
5
Voltaremos a este assunto no ponto dedicado às produtividades, na expectativa desta questão ficar mais
explícita comparando as produtividades da parte aérea com as obtidas para o sistema radicular.
47
semelhantes para este parâmetro (embora sem variações estatísticamente
significativas face às outras amostras). Percebe-se assim que tanto a componente
aérea como o sistema radicular das plantas de kenaf não foram afectados pela
aplicação das águas de rega em estudo, no que concerne aos seus aspectos
morfológicos. A figura 5.8 apresenta de seguida os resultados obtidos nos ensaios
para o parâmetro comprimento das raízes da variedade G4 de kenaf, quando
submetida a diferentes tipos de irrigação.
Comprimento das
raízes (cm)
50
Comprimento das raízes
Controlo
45
Água Residual (15 mg/l NH4)
40
35
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
30
Água Residual (30 mg/l NH4)
25
20
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
15
Água Residual (60 mg/l NH4)
10
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
5
0
Figura 5.8: Comprimento médio (cm) das raízes para as diferentes amostras.
O Quadro 5.8 apresenta os valores obtidos para a densidade radicular. Este parâmetro
foi incluído no trabalho por nos dar uma ideia da massa das raízes por unidade de
volume de solo (1 dm3). Interessa aqui identificar como os diferentes tipos de irrigação
afectaram a incorporação da massa das raízes num mesmo volume de solo.
-3
Quadro 5.8: Densidade radicular (g dm ) para os diferentes tipos de irrigação.
Controlo
3,1±1,3
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
4,1±0,6
3,2±1,0
2,3±0,9
2,5±1,2
2,7±0,6
1,3±0,3
Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas nos resultados obtidos
para a densidade radicular (P=0,0527; ANOVA). O tipo de irrigação que contribuiu
para a incorporação de uma maior massa por unidade de volume de solo foi a
correspondente à amostra Água Residual (15 mg/l NH4), mas este aumento não foi
estatisticamente significativo face às outras amostras. De um modo geral verifica-se
uma tendência para a redução dos valores médios de densidade radicular com o
aumento de azoto amoniacal na água de irrigação. Embora esta tendência não tenha
significado estatístico, esta observação não está de acordo com Wild (1992), que
afirma que um excesso de azoto, e uma acumulação excessiva de azoto, pode originar
48
um maior desenvolvimento da fracção radicular. A figura 5.9 ilustra as diferenças entre
os tipos de irrigação para a densidade radicular média. Sublinhe-se, no entanto, que
não se verificaram diferenças estatisticamente significativas, entre amostras, em
termos da densidade radicular.
Densidade Radicular
Densidade radicular
g/dm3
5
Controlo
4,5
Água Residual (15 mg/l NH4)
4
3,5
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
3
Água Residual (30 mg/l NH4)
2,5
2
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
1,5
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
0,5
0
-3
Figura 5.9: Densidade radicular (g dm ) para as diferentes amostras.
O Quadro 5.9 apresenta os valores do índice de área radicular médio, parâmetro que
expressa a área de raiz por unidade de área de solo (aqui expresso em cm2 cm-2).
2
-2
Quadro 5.9: Índice de área radicular (cm cm ) para os diferentes tipos de irrigação.
Controlo
1,6±0,4
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
1,8±0,1
0,8±0,1
0,7±0,2
0,7±0,0
1,2±0,4
1,5±0,1
Foram registadas diferenças significativas entre os valores do índice de área radicular
médio para os diferentes tipos de irrigação do ensaio (P= 3,85E-05; ANOVA). A
irrigação com águas residuais de Alcochete apresentou um valor do índice de área
radicular médio significativamente superior ao de diversas amostras (figura 5.10), mas
não face à amostra Controlo.
Relativamente aos parâmetros comprimento das raízes e densidade radicular, a
qualidade da água utilizada na rega não influenciou o comportamento das plantas. No
entanto, no caso do índice de área radicular, tudo indica que com o aumento dos
teores de ião amónio na água, se verifica uma diminuição do desenvolvimento
radicular, o que pode comprometer a biomassa produzida.
49
Índice de Área Radicular
Índice de Área radicular
cm2 cm-2
2,5
Controlo
2
a,b
a
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b,c
b
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
1,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
1
c
c
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
c
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,5
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
2
-2
Figura 5.10: Índice de área radicular médio (cm cm ) para os diferentes tipos de irrigação (colunas com
letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
5.3.2.5 Produtividade
A produtividade foi avaliada de forma separada, nomeadamente na sua componente
aérea (caule interno, caule externo e folhas) e raiz. Estes resultados foram obtidos no
final do tempo de ensaio (12 semanas), e apresentam-se no Quadro 5.10 Neste ponto
será apresentada uma análise comparativa dos diferentes tipos de irrigação no tocante
à produtividade das distintas partes das plantas, assim como também uma análise
dentro de cada tipo de irrigação, de modo a averiguar que componente da planta foi
mais produtivo por tipo de irrigação. Deste modo poderemos ficar com uma ideia de
qual o tipo de irrigação mais adequado para a produção de uma determinada
componente da variedade G4 de kenaf.
-2
Quadro 5.10: Produtividade (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação e para as
diferentes partes da planta.
Produtividade
(g m-2; matéria
seca)
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l
NH4)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
280±59
448±60
318±64
235±62
205±26
195±50
153±21
Caule Externo
198±28
277±30
223±31
172±29
163±20
145±40
114±19
Folhas
223±10
260±13
273±36
237±21
244±23
225±50
193±34
Total aérea
701±89
986±97
814±129
645±108
612±68
566±139
460±61
Raízes
216±88
285±45
227±69
162±65
171±82
188±40
91±24
Nota: Os valores apresentados para a produtividade aérea são arredondados do seu valor médio real e não o resultado do somatório
dos apresentados neste quadro para o caule interno com o caule externo e com a produtividade das folhas, que também se encontram
arredondados do respectivo valor médio real.
50
Começamos a análise para as produtividades do caule interno (expressas em g m-2,
matéria seca). A figura 5.11 apresenta os resultados obtidos para este parâmetro.
Produtividade caule interno (matéria seca)
Produtividade caule
interno (g m-2)
600
Controlo
a
Água Residual (15 mg/l NH4)
500
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
a,b
400
b
300
Água Residual (30 mg/l NH4)
b
b
b
200
b
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
100
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-2
Figura 5.11: Produtividade média dos caules internos (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
Verifica-se que existem diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes
tipos de irrigação (P = 0,000129; ANOVA). Obtiveram-se produtividades
significativamente superiores com a água residual (15 mg/l NH4). Com o aumento dos
teores de ião amónio na água de rega verificou-se que a produtividade (caule interno)
foi significativamente inferior à obtida com teores de 15 mg/l na água. No entanto,
mesmo com 60 mg/l de ião amónio na água de rega, a produtividade (caule interno)
não apresentou variações significativas face ao Controlo. Portanto, numa perspectiva
de utilizar águas ricas em ião amónio, a concentração até 60 mg/l NH4 não parece
influenciar negativamente a produtividade (caule interno). Se o objectivo for maximizar
a produção (caule interno), então será de equacionar a utilização de águas com teores
em ião amónio na ordem dos 15 mg/l (NH4).
A figura 5.12 apresenta os resultados relativos às produtividades dos caules externos.
Da análise da figura 5.12 percebe-se que a distribuição dos valores médios de
produtividade dos caules externos foi semelhante à obtida para as produtividades
médias dos caules internos, para as diferentes amostras ou tipos de irrigação. Verificase que existem diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes tipos de
irrigação (P = 0,000168; ANOVA). Obtiveram-se produtividades significativamente
superiores com a água residual (15 mg/l NH4). Com o aumento dos teores de ião
amónio na água de rega verificou-se que a produtividade (caule externo) foi
significativamente inferior à obtida com teores de 15 mg/l na água. Com 30 e 60 mg/l
de ião amónio na água de rega, a produtividade (caule externo) não apresentou
variações significativas face ao Controlo.
51
Produtividade caule externo (matéria seca)
Produtividade caule
externo (g m-2)
350
Controlo
a
300
250
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
b,c
b,c
200
b,c
c
Água Residual (30 mg/l NH4)
150
c
100
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
50
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
0
-2
Figura 5.12: Produtividade média dos caules externos (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
A figura 5.13 apresenta os resultados relativos à produtividade das folhas. Estes
resultados não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si (P =
0,0894; ANOVA).
Produtividade das folhas (matéria seca)
Produtividade Foliar
(g m-2)
350
Controlo
300
Água Residual (15 mg/l NH4)
250
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
200
Água Residual (30 mg/l NH4)
150
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
100
Água Residual (60 mg/l NH4)
50
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-2
Figura 5.13: Produtividade média das folhas (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
No caso da produtividade média obtida para as folhas de kenaf, a distribuição das
produtividades foi distinta da verificada para os caules (interno e externo), e como se
disse não se verificaram diferenças significativas entre os valores médios deste
parâmetro para os diferentes tipos de irrigação. Este resultado está em consonância
52
com o obtido na análise do índice de área foliar e do nº de folhas por caule. Os tipos
de irrigação que contribuíram para uma maior produtividade foliar foram a amostra
Água Residual (15 mg/l NH4) com e sem fertilização NPK, mas sem variação
estatística face às outras amostras.
Para que a análise destes três parâmetros não pareça totalmente isolada, estudou-se
aqui a produtividade aérea global média, para depois de estabelecida a comparação
com a produtividade média das raízes, observar como as plantas reagiram aos
diferentes tipos de irrigação. A figura 5.14 ilustra os resultados obtidos para a
produtividade aérea global média.
Produtividade aérea global (matéria seca)
Produtividade global
(g m-2)
1200
Controlo
a
1000
800
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b
b
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
b
b,c
b
Água Residual (30 mg/l NH4)
600
c
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
400
Água Residual (60 mg/l NH4)
200
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-2
Figura 5.14: Produtividade aérea global média (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras
analisadas (P = 0,000488; ANOVA). Com base nos resultados e nos testes estatísticos
realizados, poderemos afirmar que a irrigação que contribuiu para uma produtividade
aérea global significativamente superior foi a Água Residual (15 mg/l NH4),
correspondente à simples irrigação com as águas residuais de Alcochete. A irrigação
com a concentração de 60 mg/l e com adubação NPK afectou negativamente a
produção global (que foi significativamente inferior à obtida no Controlo). Portanto, na
perspectiva de fitodepuração como objectivo, podem ser utilizadas águas até 30 mg/l
NH4 sem que a produção global seja afectada. Se o objectivo for maximizar a
produção, então será de equacionar a utilização de águas com teores em ião amónio
na ordem dos 15 mg/l (NH4).
Globalmente, nas amostras que apresentaram maior produtividade, os caules internos
são a fracção que representa o maior contributo para a produtividade global (cerca de
39-46% do total). O aumento de ião amónio na água de rega, que conduziu à
diminuição significativa da produção global, afecta particularmente a produção de
53
caules, não afectando a produção de folhas. Nestes ensaios, a produção de folhas (%
face à produção global), assumiu um maior peso do que o caule interno (36-42% do
global).
A figura 5.15 apresenta os valores médios obtidos para a produtividade das raízes (g
m-2, matéria seca). Não foram registadas diferenças estatisticamente significativas
entre os diferentes tipos de irrigação (P = 0,0527; ANOVA). O maior valor de
produtividade das raízes foi encontrado para a amostra Água Residual (15 mg/l NH4)
registando um valor de 285 g m-2, mas sem variações estatisticamente significativas
face às restantes amostras. Verifica-se, no entanto, uma tendência para a redução da
produção radicular da variedade G4 de kenaf, decorrente da aplicação de teores
crescentes em ião amónio, o que não confirma o que foi indicado por Wild (1992):
quanto maior a aplicação de azoto, maior o desenvolvimento radicular. Esse aumento
verifica-se do Controlo para a água residual de Alcochete (15 mg/l NH4), mas depois
nota-se uma tendência para o decréscimo de produtividade (sem significado
estatístico).
Produtividade radicular
(gm-2)
Produtividade das raízes (matéria seca)
350
Controlo
300
Água Residual (15 mg/l NH4)
250
Água Residual (15 mg/l NH4)
+ NPK
200
Água Residual (30 mg/l NH4)
150
Água Residual (30 mg/l NH4)
+ NPK
100
Água Residual (60 mg/l NH4)
50
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
-2
Figura 5.15: Produtividade das raízes (g m , matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
No que concerne à razão entre a parte aérea e subterrânea da planta, de um modo
geral observa-se um maior investimento das plantas de kenaf, na componente aérea,
em prol dos sistemas radiculares. Tinha-se visto que numa situação de défice de água,
azoto e fósforo ocorre em muitas espécies vegetais uma diminuição da razão entre a
parte aérea e a raiz. Interessa agora averiguar o que ocorre no caso do kenaf na
situação de excesso de azoto, no caso, no que concerne a essa razão. As razões
entre as produtividades médias obtidas para a parte aérea e as produtividades médias
das raízes das plantas de kenaf apresentam-se no Quadro 5.11.
54
Quadro 5.11: Razão entre a produtividade média aérea global e a produtividade média das raízes para
todos os tipos de irrigação.
Controlo
3,24
Água Residual
(15 mg/l NH4)
Água Residual
(15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(30 mg/l NH4)
Água Residual
(30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual
(60 mg/l NH4)
Água Residual
(60 mg/l NH4) +
NPK
3,46
3,59
3,97
3,57
3,00
5,06
Observa-se, pelos valores apresentados no Quadro 5.11 que há uma tendência
crescente para a razão caule/raíz, com o aumento de ião amónio na água da rega, o
que vem confirmar as indicações de Wild (1992)(apenas a amostra água residual 60
mg/l NH4 não obedece a esta afirmação).
Analisando a produtividade total da amostra Água Residual (15 mg/l NH4), a mais
produtiva, percebe-se que a taxa de incorporação de biomassa (aérea e radicular)
naquela amostra foi de 15,1 g dia-1m-2, em média, durante o tempo de ensaio (84 dias).
5.3.3. Caracterização Química da Biomassa
5.3.3.1. Teor de Cinzas
O teor de cinzas de cada amostra foi analisado nas várias partes que constituem a
planta, caule interno, caule externo, folhas e raízes. Pretende-se obter desta análise
um panorama relativo à qualidade desta biomassa para fins de produção de energia.
Considere-se nesta análise que teores elevados de cinzas, e dependendo da sua
composição mineral poderão representar biomassas de qualidade inferior no que
concerne à produção de bioenergia assim como envolver emissões de compostos com
efeitos nocivos para o ambiente. Esta análise ficará mais explícita aquando da análise
dos teores em minerais presentes nas cinzas. Por enquanto centramo-nos numa
análise global das cinzas.
O Quadro 5.12 apresenta os resultados obtidos para os teores de cinzas nas diversas
partes das plantas de kenaf e para os diferentes tipos de irrigação.
Quadro 5.12: Teor de cinzas (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os
tipos de irrigação.
Controlo
Teor de Cinzas
(%; ms)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
9,1±0,3
5,2±0,5
10,1±0,2
9,0±1,2
13,2±1,1
10,3±1,4
16,0±0,6
Caule Externo
9,6±0,4
8,1±0,1
10,0±0,7
9,0±0,0
10,9±0,0
9,8±0,2
12,9±0,4
Folhas
9,0±0,1
9,1±0,1
10,3±0,4
10,6±0,3
12,0±0,3
12,5±0,1
13,7±0,4
Raízes
24,7±1,7
18,5±0,4
27,6±12,5
26,8±3,0
25,9±9,1
22,9±4,4
19,8±0,8
55
No que concerne ao teor de cinzas relativos aos caules internos observaram-se
diferenças estatisticamente significativas (P = 0,000118; ANOVA). A maior diferença
significativa entre as amostras no tocante ao teor de cinzas dos caules internos foi
observada entre as amostras Água Residual (15 mg/l NH4) e Água Residual (60 mg/l
NH4) com adubação NPK (P = 0,00260; Teste T). Efectivamente o teor de cinzas foi
3,1 vezes superior nesta amostra que na primeira. Recorde-se que foram obtidas as
maiores produtividades tanto aéreas globais (e em particular dos caules internos)
como das raízes para a amostra Água Residual (15 mg/l NH4), amostra com o menor
teor de cinzas dos caules internos. A maior produtividade teve um efeito “diluidor” da
concentração de minerais na amostra. No tocante à amostra 60 mg/l (NH4) com com
adubação NPK, que apresenta o valor mais elevado de cinzas para os caules internos,
foi também a amostra que apresentou as mais reduzidas produtividades. O aumento
da quantidade de ião amónio na água de irrigação, influenciou, portanto, não só a
produção de caule interno (que é mais reduzida com o aumento da concentração em
ião amónio), como os teores de cinzas no caule interno que aumentaram
significativamente com o aumento da carga em ião amónio na água de rega.
A figura 5.16 apresenta os resultados para o teor de cinzas (%) dos caules internos
obtidos para as diferentes amostras. Este aumento, com significado estatístico, tem
lógica, uma vez que com o aumento em nutrientes minerais (especialmente de
cloretos, pois a suplementação em ião amónio foi efectuada sob a forma de cloreto de
amónio), levou à sua acumulação na biomassa, e, portanto, ao aumento da
concentração de cinzas (potenciado por menores produções).
Teor de cinzas caule interno (ms)
Teor de cinzas, caule
interno (%, ms)
18
a
Controlo
16
a,b
Água Residual (15 mg/l
NH4)
14
a,b
12
10
b,c
b,c
4
2
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
Água Residual (30 mg/l
NH4)
8
6
a,b,c
c
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
Água Residual (60 mg/l
NH4)
Água Residual (60 mg/l
de NH4) + NPK
0
Figura 5.16: Teor de cinzas do caule interno (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
No que concerne aos teores de cinzas (%) dos caules externos verificam-se diferenças
estatisticamente significativas (P = 4,52E-05; ANOVA). Mais uma vez, a amostra que
mais difere das restantes, também neste parâmetro é a Água Residual (15 mg/l NH4),
pois é a que apresenta os teores mais reduzidos de cinzas. Difere significativamente
da amostra 60 mg/l (NH4) com adubação NPK (P = 0,00934; Teste T), que é a que
56
apresenta os teores mais elevados de cinzas. Em relação ao caule externo, pode-se
afirmar o mesmo que já foi descrito na avaliação do teor de cinzas do caule interno. O
aumento da quantidade de ião amónio na água de irrigação, influenciou, portanto, não
só a produção de caule externo (que é mais reduzida com o aumento da concentração
em ião amónio), como os teores de cinzas no caule externo, que aumentaram
significativamente com o aumento da carga em ião amónio na água de rega.
A figura 5.17 ilustra as diferenças verificadas pela análise estatística dos resultados
para o teor de cinzas do caule externo da variedade G4 de kenaf. O aumento, com
significado estatístico, do teor de cinzas, deveu-se a um aumento na acumulação de
minerais com a suplementação adicional em cloreto de amónio (evidenciada sobretudo
na amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, com adubação NPK).
Teor de cinzas caule externo (ms)
Teor de cinzas caule
externo (%, ms)
14
a
12
b
10
b
c
8
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b
b
b
Controlo
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (30 mg/l NH4)
6
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
4
Água Residual (60 mg/l NH4)
2
0
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
Figura 5.17: Teor de cinzas do caule externo (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
Apresenta-se de seguida a análise dos resultados dos teores de cinzas das folhas.
Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as amostras no tocante
aos teores de cinzas das folhas (P = 2,22E-06; ANOVA). As folhas também
apresentaram um comportamento idêntico ao dos caules. O aumento da quantidade
de ião amónio na água de irrigação originou um aumento dos teores de cinzas nas
folhas. Esta variação, com significado estatístico, deveu-se a um aumento na
acumulação de minerais com a suplementação adicional em cloreto de amónio
(evidenciada sobretudo na amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, com adubação NPK).
A figura 5.18 mostra os resultados obtidos para o teor de cinzas das folhas.
A figura 5.19 ilustra os resultados relativos ao teor de cinzas das raízes.
57
Teor de cinzas das folhas
Teor de cinzas,
folhas (%, ms)
16
Controlo
a
14
b,c
12
c
10
c
Água Residual (15 mg/l
NH4)
a,b,c
b,c
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
c
Água Residual (30 mg/l
NH4)
8
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
6
4
Água Residual (60 mg/l
NH4)
2
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
Figura 5.18: Teor de cinzas das folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
Teor de cinzas,
raízes (%, ms)
45
Teor de cinzas das raízes (ms)
Controlo
40
Água Residual (15 mg/l NH4)
35
30
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
25
Água Residual (30 mg/l NH4)
20
15
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
10
Água Residual (60 mg/l NH4)
5
0
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
Figura 5.19: Teor de cinzas das raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre os valores médios
dos teores de cinzas (%) das raízes da variedade G4 de kenaf (P = 0,705; ANOVA). O
mesmo tinha sido observado em relação à produtividade radicular.
Os resultados globais observados para os teores de cinzas indicam portanto, que a
rega com teores crescentes em ião amónio afecta mais a fracção aérea da planta do
que a fracção radicular. Isto significa que a acumulação mineral, efectuada pelas
raízes, é translocada para a biomassa aérea, distribuindo-se pelos caules e folhas.
Neste sentido, globalmente, a irrigação com água residual de Alcochete (contendo 15
mg/l), foi a amostra que apresentou melhor comportamento: conseguem-se maiores
58
produções e a biomassa final apresenta teores em cinzas mais reduzidos, o que em
termos de utilização da biomassa para energia é mais favorável.
Comparando os teores de cinzas nas diversas fracções, verifica-se que as raízes,
como orgão de assimilação de nutrientes, por excelência, é a fracção que apresenta
teores mais elevados (cerca de 19-28%). Entre o caule interno, externo e folhas, a
variação não é significativa. Seria interessante verificar o que acontece entre estas
diferentes fracções da planta se o ciclo vegetativo fosse continuado. Ou seja, no
estudo efectuado, o ciclo foi interrompido às 12 semanas. Ou seja, não houve tempo
suficiente para os caules lenhificarem, o que poderia ter originado o retorno de
nutrientes para as raízes ou o aumento da sua acumulação nas folhas. Seria
interessante estudar a evolução dos teores em cinzas (e nos outros nutrientes
analisados) com o aumento do ciclo vegetativo. No entanto, os teores de cinzas nas
fracções aéreas (caules e folhas) foram semelhantes ao que foi observado no trabalho
de Catroga (2009), em que o ciclo foi completo, até à senescência das plantas. Mas
em relação às raízes o mesmo já não se pode afirmar. Neste ensaio, os teores de
cinzas observados nas raízes foram significativamente superiores aos observados no
trabalho de Catroga (2009), mesmo na amostra Controlo, que é semelhante a uma das
amostras do trabalho de Catroga (2009).
5.3.3.2. Teor de azoto
Este ponto dar-nos-á uma ideia do azoto que ficou retido na biomassa da planta. O
Quadro 5.13. apresenta esses resultados, para todas as componentes da planta.
Quadro 5.13: Teor de azoto (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os
tipos de irrigação.
Controlo
Teor de Azoto
(%; ms)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
0,66±0,02
0,42±0,01
0,94±0,10
0,85±0,05
1,56±0,28
1,65±0,29
2,38±0,17
Caule Externo
0,72±0,02
0,53±0,06
0,81±0,05
0,84±0,02
1,04±0,03
0,97±0,06
1,55±0,06
Folhas
2,57±0,06
2,31±0,07
2,94±0,05
2,93±0,01
3,55±0,07
3,92±0,11
4,00±0,03
Raízes
0,81±0,04
0,78±0,09
0,88±0,02
1,01±0,10
0,90±0,02
1,00±0,02
0,93±0,19
Começamos a análise pelo teor de azoto (expresso em percentagem de matéria seca)
dos caules internos. Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as
diferentes amostras no tocante a este parâmetro (P = 3,18E-05; ANOVA). Verifica-se
que a amostra que apresenta os menores teores de azoto nos caules internos é a
Água Residual (15 mg/l NH4). O aumento de ião amónio na água de irrigação originou
um aumento significativo e gradual da acumulação de azoto nos caules internos. A
adição de fertilizantes azotados também influenciou o teor de azoto dos caules
internos: as amostras que foram adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores
59
em azoto no caule interno superiores aos teores observados nas amostras sem
fertilização. Estes resultados, lógicos, confirmam que a fertilização azotada e a
suplementação crescente em ião amónio, resultam numa maior acumulação de azoto
na biomassa. A figura 5.20 apresenta os resultados obtidos para os teores de azoto
(%) encontrados nos caules internos.
Teor de azoto nos caules internos (ms)
Teor de azoto, caule
interno (%, ms)
3
Controlo
a
2,5
2
b
Água Residual (15 mg/l NH4)
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
a,b,c,d
Água Residual (30 mg/l NH4)
1,5
c,d
1
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
a,c,d
c
Água Residual (60 mg/l NH4)
d
0,5
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
0
Figura 5.20: Teor de azoto dos caules internos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
No que respeita aos caules externos, verificaram-se diferenças estatisticamente
significativas entre as amostras analisadas (P = 1,37E-06; ANOVA) (figura 5.21).
Teor de azoto, caule
externo (%, ms)
Teor de azoto caule externo (ms)
1,8
a
Controlo
1,6
Água Residual (15 mg/l
NH4)
1,4
1,2
b,f
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
c,d
c,d,e
c,e,f
c
b,c
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
Água Residual (30 mg/l
NH4)
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
Água Residual (60 mg/l
NH4)
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
Figura 5.21: Teor de azoto dos caules externos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
60
Os resultados obtidos são semelhantes aos observados nos caules internos. O
aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e
gradual da acumulação de azoto nos caules externos. A adição de fertilizantes
azotados também influenciou o teor de azoto dos caules externos: as amostras que
foram adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em azoto no caule externo
superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização.
A figura 5.22 apresenta os resultados obtidos para o teor de azoto nas folhas. Convém
referirmo-nos ao facto de que o teor de azoto (%) nas folhas foi superior aos teores
encontrados nas restantes componentes das plantas. Tal facto sugere que a adição de
azoto, é absorvida pela planta, sendo translocada e acumulada maioritariamente nas
folhas.
Teor de azoto nas folhas (ms)
Teor de azoto,
folhas (%, ms)
4,5
Controlo
a,b
4
a
a,c
Água Residual (15 mg/l NH4)
3,5
b
3
b,c,d
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
d
2,5
d
Água Residual (30 mg/l NH4)
2
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
1,5
1
0,5
0
Água Residual (60 mg/l NH4)
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
Figura 5.22: Teor de azoto nas folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
Estes resultados apresentaram diferenças estatisticamente significativas (P = 1,46E07; ANOVA) e foram semelhantes aos observados para os caules. O aumento de ião
amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e gradual da
acumulação de azoto nas folhas. As amostras que foram adubadas com fertilizantes
NPK também apresentaram teores em azoto nas folhas superiores aos teores
observados nas amostras sem fertilização.
Convém transportarmos estes dados (teor de azoto) obtidos nas diferentes fracções
aéreas e fazer a sua análise. O fornecimento de azoto acima das necessidades da
planta resulta no aumento da sua concentração sem que o crescimento seja mais
beneficiado, dizendo-se que houve consumo de luxo. Este consumo de luxo
representa um gasto de nutrientes que não é compensado por uma maior produção,
ou seja, trata-se de um desperdício de recursos.
Varennes (2003) refere que aplicações excessivas de azoto «levam a um desequilíbrio
no metabolismo da planta, com o desvio da síntese de polissacarídeos e óleos de
reserva para a assimilação de azoto mineral». Enquanto a aplicação de azoto não
61
ocorre de forma excessiva, este azoto a mais quando assimilado corresponderá a
mais proteína e a uma maior área foliar. Note-se que a este respeito, verificou-se, de
facto, que nas amostras com maiores teores de azoto, os índices de área foliar foram
elevados. Esta maior área foliar referida anteriormente, será capaz de suportar uma
fotossíntese mais intensa. Verifica-se que com excesso de azoto, ocorre uma
produção exacerbada de folhagem, quer pelo facto das folhas serem mais largas
(embora mais finas e menos erectas – algo que também foi observado ao longo dos
ensaios) e mais numerosas, quer porque se verifica um maior afilhamento. Nesta
situação de aplicação intensa de azoto, para além da já referida maior susceptibilidade
a doenças e pragas, deixa de se verificar a acção positiva do azoto na fotossíntese,
deixando de ocorrer uma compensação entre o acréscimo de esqueletos carbonados,
necessários para assimilar um nível mais elevado de azoto e os glúcidos produzidos
no processo fotossintético. Os glúcidos são desviados para a assimilação de azoto (e
tal verifica-se pelos maiores valores dos teores de azoto que temos vindo a discutir
neste ponto), de que resulta um menor teor de glúcidos e óleos de reserva e uma
maior riqueza em compostos azotados. Esta situação leva ao efeito de acama dos
caules (Wild, 1992; Varennes, 2003), causados numa situação de excesso de azoto,
algo que foi constatado para alguns dos espécimes das diferentes amostras.
A figura 5.23 apresenta os resultados para o teor de azoto (percentagem de matéria
seca) para as raízes. A análise de variância dos resultados mostrou não existirem
diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras (P = 0,212;
ANOVA). Portanto, a adição de concentrações crecentes de azoto, sob a forma de ião
amónio, na água de rega, não conduziu a um aumento destes teores nas raízes. Tudo
indica, portanto, que o excesso aportado na água (e que não foi lixiviado) foi absorvido
pela planta sendo translocado para a parte aérea, fixando-se principalmente nas
folhas.
Teor de azoto,
raízes (%, ms)
1,2
Teor de azoto nas raízes (ms)
Controlo
1
Água Residual (15 mg/l
NH4)
0,8
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
0,6
Água Residual (30 mg/l
NH4)
0,4
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
0,2
Água Residual (60 mg/l
NH4)
0
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
Figura 5.23: Teor de azoto nas raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
62
Os resultados apresentados no Controlo, são semelhantes aos resultados de Catroga
(2009).
Estes resultados indiciam também, que as plantas fitodepuraram o excesso de azoto
administrado nas águas de rega. Verificou-se um aumento da sua acumulação na
biomassa e nos lixiviados há uma diminuição dos teores em azoto amoniacal ao longo
do tempo. Considere-se, contudo, que teores elevados de azoto na biomassa
envolvem, aquando da combustão da biomassa, a libertação de maiores
concentrações de NOx – factor que deverá ser considerado também nesta análise da
biomassa. Neste sentido, a aplicação de Água Residual (15 mg/l NH4) continua a ser a
melhor opção. É a amostra mais produtiva e a que apresenta nos caules teores em
azoto mais reduzidos, sendo apropriada para a produção de bioenergia, a par do efeito
depurativo que pode efectuar nas águas residuais.
5.3.3.3. Teor de fósforo
As reservas de fósforo nas plantas correspondem ao fósforo inorgânico acumulado
nos vacúolos e aos fitatos nos frutos e sementes. Os polifosfatos são polímeros
lineares de fósforo inorgânico, unido por ligações pirofosfato, que além de
armazenarem fósforo, constituem também reservas de energia.
A concentração adequada de fósforo na parte aérea das plantas é de 2-5 g P kg-1 de
matéria seca. Quando ocorre carência de fósforo, o crescimento de toda a planta é
afectado, e em particular o da componente aérea, provocando uma diminuição da
razão entre a parte aérea e a raiz. Maturações antecipadas indicam níveis de fósforo
adequados (no solo). (Varennes, 2003)
A toxicidade de fósforo tem efeitos nefastos nas plantas, sobretudo em situações em
que a sua concentração está acima de 10-20 g P kg-1 de matéria seca. «Teores
elevados de fósforo estão associados a sistemas radiculares de menores dimensões
relativas, porque o crescimento da parte aérea é mais estimulado que o da raiz. Um
elevado nível de fósforo no solo inibe a formação de micorrizas. Estes dois efeitos
podem levar à deficiência de outros nutrientes, em particular de zinco e ferro6»
(Varennes, 2003).
De seguida apresentam-se os resultados obtidos para o fósforo total para todas as
componentes da planta. O Quadro 5.14 apresenta o teor médio de fósforo
(percentagem de matéria seca) nas diferentes partes da variedade G4 de kenaf e para
os diferentes tipos de irrigação.
6
-1
O teor normal de ferro nas plantas varia entre 50 e 250 mg de Fe kg de matéria seca. Os teores
-1
normais de zinco nas plantas são da ordem de 25 a 150 mg Zn kg de matéria seca (Varennes, 2003).
63
Quadro 5.14: Teor de fósforo (%; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos
os tipos de irrigação.
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) +
NPK
Caule Interno
0,33±0,00
0,28±0,01
0,32±0,01
0,36±0,01
0,40±0,03
0,40±0,04
0,46±0,02
Caule Externo
0,35±0,01
0,27±0,03
0,36±0,01
0,33±0,01
0,34±0,03
0,32±0,10
0,47±0,08
Folhas
0,32±0,01
0,56±0,21
0,38±0,02
0,41±0,01
0,49±0,01
0,42±0,08
0,50±0,04
Raízes
0,37±0,04
0,32±0,01
0,39±0,09
0,42±0,01
0,46±0,00
0,26±0,02
0,43±0,02
Teor de
Fósforo
(%; ms)
Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras
no que concerne aos teores de fósforo (expressos em percentagem da matéria seca)
nos caules internos (P = 0,000823; ANOVA)(figura 5.24).
Teor de fósforo, caule
interno (%, ms)
0,6
Fósforo total caule interno (ms)
Controlo
a,b
0,5
a,b
0,4
a
a,b,c
0,3
0,2
b
c
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b,c
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (30 mg/l NH4)
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,1
0
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
Figura 5.24: Teor de fósforo nos caules internos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
O aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento gradual dos
teores de fósforo nos caules internos (que pode ser devido ao efeito de diminuição da
produtividade). Mas face ao Controlo, as amostras regadas com águas residuais não
mostraram variações significativas. As amostras que foram adubadas com fertilizantes
NPK também apresentaram teores em fósforo nos caules internos superiores aos
teores observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com P).
Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas no tocante às
diferentes amostras para os teores de fósforo nos caules externos (P = 0,125;
ANOVA). A figura 5.25 ilustra os resultados obtidos.
64
Fósforo total caule externo (ms)
Teor de fósforo, caule
externo (%, ms)
0,6
Controlo
0,5
Água Residual (15 mg/l
NH4)
0,4
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
0,3
Água Residual (30 mg/l
NH4)
0,2
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
0,1
Água Residual (60 mg/l
NH4)
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
Figura 5.25: Teor médio de fósforo nos caules externos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de
irrigação.
Em relação aos caules externos, a rega com água com diferentes teores em ião
amónio não afectou a composição em fósforo. Verifica-se que as amostras adubadas
com fertilizantes NPK apresentaram teores em fósforo nos caules externos superiores
aos teores observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com P),
embora essa diferença não tenha apresentado significado estatístico.
No que respeita ao teor de fósforo presente nas folhas também não se verificaram
diferenças significativas entre as amostras (P = 0,252; ANOVA)(figura 5.26).
Teor de fósforo nas folhas (ms)
Teor de fósforo,
folhas (%, ms)
0,9
Controlo
0,8
0,7
0,6
Água Residual (15 mg/l NH4)
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
0,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
0,4
0,3
0,2
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,1
Água Residual (60 mg/l de NH4) + NPK
0
Figura 5.26: Teor de fósforo nas folhas (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.
65
A figura 5.27 representa os resultados obtidos para o teor médio de fósforo obtido para
as raízes da variedade G4 de kenaf. Os resultados mostram a existência de diferenças
significativas entre os diversos tipos de irrigação (P = 0,0421; ANOVA).
Teor de fósforo nas raízes (ms)
teor de fósforo,
raízes (%, ms)
0,6
Controlo
a,b
0,5
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,c
a
a,c
a,b
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
0,4
b
0,3
0,2
b,c
Água Residual (30 mg/l NH4)
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,1
0
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
Figura 5.27: Teor de fósforo nas raízes (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
No entanto, nesta fracção da planta não há um padrão de variação. Por aplicação da
água de rega com diferentes teores em azoto amoniacal a variação observada, face
ao controlo, não apresentou significado estatístico. Ou seja, a rega com as águas
residuais não fez variar a quantidade de fósforo presente nas raízes face ao Controlo.
Verifica-se que as amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em
fósforo nas raízes superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização
(devido à fertilização com P), embora essa diferença não tenha apresentado
significado estatístico, excepto na rega com Água Residual (60 mg/l NH4).
Os teores de fósforo apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios em
campo para o kenaf (Fernando et al., 2007). No caso do fósforo não se verificaram
diferenças entre fracções da planta em termos de acumulação de fósforo. Ou seja, os
caules, folhas e raízes apresentaram teores semelhantes neste elemento.
5.3.3.4 Metais
Potássio
O teor de potássio necessário para assegurar um forte crescimento das plantas é
elevado, tal como vimos nos teores de azoto, e da ordem dos 20-50 g K kg-1 de
matéria seca (Varennes, 2003). Tal como nos casos do azoto e do fósforo, também o
potássio é facilmente remobilizado dos tecidos mais antigos para os mais jovens, com
66
a formação de manchas cloróticas nas margens das folhas (Varennes, 2003). O
Quadro 5.15 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de potássio na
biomassa das plantas de kenaf (g kg-1; matéria seca).
-1
Quadro 5.15: Teor médio de potássio (g kg ; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4
de kenaf e para todos os tipos de irrigação.
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l
NH4)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
34,6±5,2
12,4±3,3
34,9±4,9
25,7±2,3
48,9±8,8
47,0±31,2
32,6±29,4
Caule
Externo
31,5±7,0
13,7±11,9
30,1±14,8
28,0±0,3
34,1±1,1
26,3±0,5
38,4±2,4
Folhas
47,5±6,0
17,4±2,0
29,1±15,2
19,8±0,8
27,9±1,1
22,5±1,7
44,3±14,7
Raízes
10,5±2,0
9,8±1,4
13,0±10,6
7,9±4,7
9,5±5,1
9,0±1,1
15,7±2,4
Teor de
Potássio
-1
(g kg )
Os teores de potássio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios de
Catroga (2009). No caso do potássio, verificou-se que os caules e folhas acumularam
mais este elemento que as raízes.
Os teores de potássio dos caules internos (g kg-1; matéria seca) não apresentaram
diferenças significativas (ver Figura 5.28) entre as diferentes amostras (P = 0,448;
ANOVA). Verifica-se que as amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram
teores em potássio nos caules internos superiores aos teores observados nas
amostras sem fertilização (devido à fertilização com K), excepto na rega com Água
Residual (60 mg/l NH4), onde a variabilidade entre réplicas foi muito elevada.
Teores de potássio dos caules internos (ms)
g kg-1
90
Controlo
80
Água Residual (15 mg/l NH4)
70
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
60
Água Residual (30 mg/l NH4)
50
40
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
30
Água Residual (60 mg/l NH4)
20
10
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.28. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de
irrigação.
67
No que concerne à incorporação de potássio a nível dos caules externos, também não
foram observadas diferenças significativas entre as amostras consideradas nos
ensaios (P = 0,186; ANOVA). As amostras adubadas com fertilizantes NPK
apresentaram teores em potássio nos caules externos superiores aos teores
observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com K). A figura 5.29
representa esses resultados.
Teores médios de potássio nos caules externos (ms)
g kg-1
Controlo
50
45
Água Residual (15 mg/l NH4)
40
Água Residual (15 mg/l NH4)
+ NPK
35
30
Água Residual (30 mg/l NH4)
25
Água Residual (30 mg/l NH4)
+ NPK
20
15
Água Residual (60 mg/l NH4)
10
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
5
0
-1
Figura 5.29. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de
irrigação.
A distribuição por amostras e no que concerne à absorção deste nutriente foi
semelhante à obtida a nível das folhas (Figura 5.30.).
Teores médios de potássio nas folhas (ms)
g kg-1
70
Controlo
a,b
60
Água Residual (15 mg/l NH4)
a,b
50
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
a,b
40
Água Residual (30 mg/l NH4)
b
30
20
b
a,b
a,b
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
10
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.30. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
68
Nas folhas, observaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as amostras
no tocante ao teor médio de potássio (P = 0,0477, ANOVA), mas sem se verificar um
padrão na variação. Embora existindo variabilidade entre amostras, a rega com as
águas residuais não fez variar a quantidade de potássio presente nas folhas face ao
Controlo. As amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em
potássio nas folhas superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização
(devido à fertilização com K).
Não se observaram diferenças estatisticamente significativas entre as amostras no
tocante aos teores de potássio nas raízes (P = 0,736; ANOVA). A figura 5.31. mostra
esses resultados. Também nas raízes se verifica que, devido à fertilização com K, as
amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em potássio nas
raízes superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização.
Teores médios de potássio nas raízes (ms)
g kg-1
25
Controlo
Água Residual (15 mg/l NH4)
20
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
15
Água Residual (30 mg/l NH4)
10
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
5
Água Residual (60 mg/l de NH4)
+ NPK
0
-1
Figura 5.31. – Teor médio de potássio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação.
Os resultados obtidos mostram que a rega com águas residuais contendo teores
crescentes em ião amónio, não afectou a acumulação de potássio nas diversas
fracções do kenaf.
Cálcio
Os teores adequados (Varennes, 2003) no que respeita ao cálcio nas plantas podem
variar entre 2 e 40 g Ca kg-1 de matéria seca. As necessidades em cálcio dependem
ainda da existência de outros iões (eventualmente tóxicos) a nível da solução do solo,
que poderão entrar em competição com ele no que concerne à ligação às membranas.
As necessidades de cálcio aumentam em solos ácidos (com elevadas concentrações
de alumínio na solução do solo), ou salinos (elevados níveis para o ião sódio), ou
ainda em solos contaminados com elementos vestigiais como o cádmio e o chumbo. O
Quadro 5.16 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de cálcio nas
plantas de kenaf (g kg-1; matéria seca).
69
-1
Quadro 5.16: Teor médio de cálcio (g kg ; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4 de
kenaf e para todos os tipos de irrigação.
Teor de
Cálcio
-1
(g kg )
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l
NH4)
Água
Residual
(15 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) + NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
3,80±0,16
8,43±7,99
4,67±0,09
[5,07 – 48,2]
6,78±1,50
7,32±3,61
[0,57 –6,73]
Caule
Externo
5,89±0,04
4,04±4,00
12,4±6,8
8,02±1,20
7,92±1,87
11,2±3,6
13,3±3,9
Folhas
9,72±1,37
11,3±1,1
10,9±0,4
11,5±0,6
11,8±0,4
14,7±0,7
16,8±0,2
Raízes
5,72±0,10
8,60±6,06
6,77±0,36
6,00±0,14
8,13±0,61
6,91±1,34
8,36±0,06
7
Os teores de cálcio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios de
Catroga (2009). Verificou-se que as folhas são a fracção da planta que mais cálcio
acumula. Para muitas fracções e amostras verifica-se uma elevada variabilidade entre
replicados. Observa-se que os valores de cálcio em todas as amostras e para todas as
fracções das plantas são normais (não se encontrando nem em excesso nem em
defeito na biomassa das plantas)(de acordo com Varennes, 2003).
Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas a nível das diferentes
amostras no tocante à absorção de cálcio nos caules internos (P = 0,547;
ANOVA)(figura 5.32).
Teores médios de Cálcio nos caules internos (ms)
g kg-1
60
Controlo
50
Água Residual (15 mg/l NH4)
40
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
Água Residual (30 mg/l NH4)
30
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
20
Água Residual (60 mg/l NH4)
10
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
-1
Figura 5.32: Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de irrigação.
7
Em algumas amostras e alguns elementos, os valores apresentavam entre si uma grande variabilidade,
não se tendo optado pela terminologia apresentada para outros resultados, nomeadamente a média ±
desvio-padrão, mas sim o intervalo entre o valor mínimo e máximo obtido nos replicados.
70
Também não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre as
amostras no que respeita aos caules externos (P = 0,242; ANOVA)(figura 5.33).
Teores médios de Cálcio nos caules externos (ms)
g kg-1
25
Controlo
Água Residual (15 mg/l NH4)
20
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
15
Água Residual (30 mg/l NH4)
10
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
Água Residual (60 mg/l NH4)
5
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.33: Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação.
As amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em cálcio nos
caules externos superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização
(pode ser devido à fertilização com superfosfato e nitrolusal que contêm também
teores elevados de cálcio).
A figura 5.34 representa os resultados obtidos a nível das folhas da variedade G4 de
kenaf, para os teores médios de cálcio (g Ca kg-1; matéria seca).
Teores médios de Cálcio nas folhas (ms)
g/kg
18
a
a,c
16
14
a,b,c,d
12
Controlo
b,d
c,d
d
10
b,c,d
Água Residual (15 mg/l
NH4)
Água Residual (15 mg/l
NH4) + NPK
Água Residual (30 mg/l
NH4)
8
Água Residual (30 mg/l
NH4) + NPK
6
4
Água Residual (60 mg/l
NH4)
2
Água Residual (60 mg/l
de NH4) + NPK
0
-1
Figura 5.34: Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação (colunas
com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
71
Verificaram-se diferenças significativas a nível das folhas (P = 0,000471; ANOVA). O
aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e
gradual da acumulação de cálcio nas folhas (que pode ter resultado da diminuição em
produtividade observada).
A figura 5.35 ilustra os teores médios de cálcio absorvidos nas raízes de kenaf, para
todas as amostras. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas
entre os diferentes tipos de irrigação nas raízes das plantas (P = 0,803; ANOVA).
Teores médios de cálcio nas raízes (ms)
g kg-1
16
Controlo
14
Água Residual (15 mg/l NH4)
12
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
10
Água Residual (30 mg/l NH4)
8
6
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
4
Água Residual (60 mg/l NH4)
2
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
-1
Figura 5.35: Teor médio de cálcio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação.
Os resultados obtidos mostram que a rega com águas residuais contendo teores
crescentes em ião amónio, não afectou a acumulação de cálcio nas diversas fracções
do kenaf, exceptuando no caso das folhas em que se verificou um aumento
significativo e gradual da acumulação de cálcio com o aumento do teor de azoto
amoniacal nas águas. Relembre-se que no caso do potássio também não se tinham
observado efeitos na acumulação deste elemento, face ao Controlo, com a aplicação
de doses crescentes de ião amónio. Estes resultados diferem do que está indicado em
Wild (1992) que diz que, para a maioria das culturas, quando o azoto é aplicado na
forma amoniacal, o nível de absorção de cálcio, magnésio e potássio é menor.
Magnésio
As plantas apresentam em média, necessidades compreendidas entre os 1-8 g Mg kg-1
de matéria seca (Varennes, 2003). Em situação de deficiência deste nutriente, ocorre
remobilização deste elemento, revelando-se assim, em primeira instância, os sintomas
a nível das folhas mais velhas, nomeadamente clorose entre as nervuras, que por
essa razão se mantêm verdes. Nos casos em que a deficiência for severa, essas
zonas das folhas poderão ficar necróticas. Nessa situação, ainda, pode ocorrer a
afectação da síntese de proteínas, o crescimento pode diminuir, e verifica-se a
acumulação de compostos azotados de baixa massa molar a nível das células. Níveis
altos deste nutriente estão associados à melhoria da qualidade nutricional das plantas,
72
contudo, quando em excesso, a concentração elevada de magnésio no citosol e nos
cloroplastos pode inibir a fotossíntese e a formação de ATP (Varennes, 2003). O
Quadro 5.17 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de magnésio.
-1
Quadro 5.17: Teor médio de magnésio (g kg ; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf
e para todos os tipos de irrigação.
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
2,10±0,02
1,26±0,05
2,36±0,03
3,67±0,82
3,62±0,27
6,62±3,67
[0,83 –5,12]
Caule Externo
3,08±0,17
1,77±1,50
2,76±0,90
4,27±0,78
3,64±0,78
6,38±0,03
5,07±0,01
Folhas
4,06±0,28
2,79±0,46
3,48±0,57
3,15±0,01
3,34±0,12
4,32±0,08
3,95±0,24
Raízes
3,17±0,63
3,50±0,30
3,57±0,70
3,84±0,35
3,63±0,62
3,82±0,38
3,60±0,17
Teor de
Magnésio
(g kg-1; ms)
Os teores de magnésio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios
de Catroga (2009). Os caules, folhas e raízes apresentaram teores semelhantes neste
elemento. Observa-se que os valores de magnésio em todas as amostras e para todas
as fracções das plantas são normais (não se encontrando nem em excesso nem em
defeito na biomassa das plantas)(de acordo com Varennes, 2003).
Não foram observadas diferenças significativas entre as diversas amostras, no que
concerne aos caules internos (P = 0,234; ANOVA)(figura 5.36) e raízes (P = 0,833;
ANOVA)(figura 5.39). Observaram-se contudo diferenças estatisticamente
significativas entre as amostras no que concerne aos caules externos (P = 0,00685;
ANOVA)(figura 5.37) e folhas (P = 0,0166; ANOVA)(figura 5.38).
Teor de Magnésio dos caules internos (ms)
g kg-1
12
Controlo
10
Água Residual (15 mg/l NH4)
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
8
Água Residual (30 mg/l NH4)
6
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
4
Água Residual (60 mg/l NH4)
2
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.36: Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de
irrigação.
73
Teores médios de magnésio nos caules externos (ms)
g kg-1
7
Controlo
a
6
Água Residual (15 mg/l NH4)
b
a,b,c
5
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
a,b,c
4
Água Residual (30 mg/l NH4)
a,b,c
c
a,b,c
3
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
2
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
Água Residual (60 mg/l de NH4) + NPK
0
-1
Figura 5.37: Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de
irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
No caso dos caules externos, verificou-se um aumento significativo e gradual da
acumulação de magnésio com o aumento do teor de azoto amoniacal nas águas. A
nível das folhas, há variabilidade entre as amostras mas não há variação significativa
face ao Controlo.
Teores médios de Magnésio nas folhas (ms)
g/kg
5
4,5
Controlo
a
ab
ab
4
3,5
b
ab
ab
Água Residual (15 mg/l
NH4)+NPK
Água Residual (15 mg/l NH4)
b
3
Água Residual (30 mg/l
NH4)+NPK
2,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
2
1,5
Água Residual (60 mg/l
NH4)+NPK
1
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,5
0
-1
Figura 5.38: Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
74
Teores médios de Magnésio nas raízes (ms)
g kg-1
4,5
Controlo
4
Água Residual (15 mg/l NH4)
3,5
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
3
2,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
2
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
1,5
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
0,5
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.39: Teor médio de magnésio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação.
Tal como verificado para o cálcio e potássio, estes resultados diferem do que está
indicado em Wild (1992) que diz que, em geral, para a maioria das culturas, quando o
azoto é aplicado na forma amoniacal, o nível de absorção de magnésio é menor. A
rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a
acumulação de magnésio nas diversas fracções do kenaf, excepto no caso dos caules
externos, em que se verificou um aumento significativo e gradual da acumulação de
magnésio com o aumento do teor de azoto amoniacal nas águas.
Sódio
O sódio acumula-se mais rapidamente do que o potássio nos vacúolos das plantas,
processo através do qual resulta uma expansão celular precoce e ocorre a formação
de uma maior área foliar quando a cultura é ainda jovem. Por esse motivo, na
presença de um excesso de sódio, a fotossíntese ocorre de modo mais intenso e o
crescimento é maior nos primeiros estados de desenvolvimento (Varennes, 2003). No
Quadro 5.18 apresentam-se os resultados obtidos para a incorporação de sódio nas
diferentes amostras nas diferentes componentes das plantas.
Os teores de sódio apresentados são inferiores aos observados nos ensaios de
Catroga (2009). Verificou-se que as raízes são a fracção da planta que mais sódio
acumula.
Refira-se a respeito do sódio, que foram encontrados durante a maior parte do tempo
de ensaio, níveis de cloreto de sódio elevados nas folhas (as folhas apresentavam
pequenos cristais de sal). Este facto sugere que a planta eliminou cloreto de sódio
através dessa estrutura. Os níveis de sódio a nível das folhas, quando comparados
com os níveis dos caules e raízes, são mais reduzidos, talvez devido a este processo.
75
A elevada iluminância oriunda das lâmpadas poder ter provocado um aumento da
evapotranspiração, e através deste processo a eliminação de sal pelas folhas.
-1
Quadro 5.18: Teor médio de sódio (g kg ; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e
para todos os tipos de irrigação.
Teor de
Sódio
(g kg-1; ms)
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(30 mg/l
NH4)
Água
Residual
(30 mg/l
NH4) +
NPK
Água
Residual
(60 mg/l
NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) + NPK
Caule Interno
0,96±0,03
0,78±0,15
1,96±0,34
2,06±0,29
2,22±0,42
4,04±2,26
1,12±1,03
Caule Externo
0,87±0,29
[0,01 – 0,27]
0,54±0,08
0,62±0,08
0,65±0,03
1,02±0,02
0,54±0,12
Folhas
[0,09 –0,56]
0,10±0,08
[0,02 – 0,48]
0,09±0,01
0,05±0,02
0,06±0,03
[0,09 –0,58]
Raízes
1,88±0,21
2,42±0,18
2,52±1,23
2,56±0,09
2,23±0,11
2,91±0,37
2,59±0,53
A figura 5.40 apresenta os resultados obtidos para os teores médios de sódio nos
caules internos. Não foram observadas diferenças significativas entre os resultados
obtidos para as distintas amostras no que concerne a este parâmetro (0,114; ANOVA).
Teor médio de Sódio nos caules internos (ms)
g kg-1
7
Controlo
6
Água Residual (15 mg/l NH4)
5
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
4
Água Residual (30 mg/l NH4)
3
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
2
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.40: Teor médio de sódio (g kg ; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de irrigação.
A nível dos caules externos foram observadas diferenças significativas entre os
diferentes tipos de irrigação (P = 0,00891; ANOVA), mas face ao Controlo não houve
variação significativa (figura 5.41).
76
Teores médios de Sódio nos caules externos (ms)
g kg-1
1,4
1,2
Controlo
a,b
Água Residual (15 mg/l NH4)
a
1
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
0,8
a,b
b
a,b
a,b
Água Residual (30 mg/l NH4)
0,6
0,4
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
a,b
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,2
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.41: Teor médio de sódio (g kg ; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação
(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).
A figura 5.42 apresenta os teores médios de sódio nas folhas (g kg-1; ms).
Teores médios de Sódio nos folhas(ms)
g kg-1
0,8
Controlo
0,7
Água Residual (15 mg/l NH4)
0,6
Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK
0,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
0,4
0,3
Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK
0,2
Água Residual (60 mg/l NH4)
0,1
Água Residual (60 mg/l de NH4) +
NPK
0
-1
Figura 5.42: Teor médio de sódio (g kg ; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação.
Observa-se alguma variabilidade entre as amostras, sem contudo se verificarem
diferenças estatisticamente significativas entre estas (P = 0,792 ANOVA).
Foi contudo a nível das raízes que a planta incorporou mais sódio. A figura 5.43
mostra esses resultados, que também não apresentaram diferenças significativas
entre si (P = 0,648; ANOVA).
A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a
acumulação de sódio nas diversas fracções do kenaf.
77
Teores médios de Sódio nas raízes (ms)
g kg-1
Controlo
4
Água Residual (15 mg/l NH4)
3,5
3
Água Residual (15 mg/l NH4) +
NPK
2,5
Água Residual (30 mg/l NH4)
2
Água Residual (30 mg/l NH4) +
NPK
1,5
Água Residual (60 mg/l NH4)
1
0,5
Água Residual (60 mg/l de
NH4) + NPK
0
-1
Figura 5.43: Teor médio de sódio (g kg ; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação.
Manganésio
Os teores normais de manganésio nas plantas são de 20-500 mg kg-1 de matéria seca.
Em plantas deficientes neste nutriente, o crescimento é prejudicado, a fotossíntese
ocorre de modo menos eficiente, ocorre a formação de menos glúcidos e pode ocorrer
a acumulação de ião nitrato na planta. O crescimento das raízes pode também ser
afectado (Varennes, 2003). Apresenta-se de seguida a análise dos resultados obtidos
para os teores de manganésio (Quadro 5.19).
-1
Quadro 5.19: Teor médio de manganésio (mg kg ; ms) para as diferentes partes da variedade G4 de
kenaf e para todos os tipos de irrigação.
Controlo
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
Água
Residual
(15 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
Água
Residual
(30 mg/l NH4)
+ NPK
Água
Residual
(60 mg/l NH4)
Água
Residual
(60 mg/l
NH4) +
NPK
3,97±0,13
2,74±0,07
3,85±0,18
5,21±1,51
4,31±0,19
8,77±5,59
15,1±1,0
[0,83 –6,27]
4,30±2,33
5,77±0,46
5,64±0,04
5,30±0,04
10,9±0,5
16,3±0,1
Folhas
23,8±0,2
26,3±2,1
25,8±0,4
37,4±1,1
37,8±0,6
53,8±4,2
123±11
Raízes
12,7±2,1
12,2±0,2
15,5±5,3
16,5±1,1
14,5±4,3
15,1±2,4
19,0±1,2
Teor de
Manganésio
(mg kg-1)
Caule Interno
Caule
Externo
Verificou-se que as folhas são a fracção da planta que mais manganésio acumula.
A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, levou ao
aumento significativo e gradual da acumulação de manganésio nas diversas frações
aéreas do kenaf, com o aumento do teor em azoto amoniacal nas águas (Pcaules internos =
78
0,00851; Pcaules externos = 0,00134; Pfolhas = 8,17E-07;ANOVA), mas não afectou a
acumulação de manganésio nas raízes do kenaf (Praízes = 0,377).
Zinco, Ferro, Cobre, Alumínio, Níquel, Chumbo, Crómio e Cádmio
O Quadro 5.20 apresenta os resultados obtidos para os teores de zinco, ferro, cobre,
alumínio e níquel presentes nas diferentes componentes das plantas de kenaf. Não foi
detectada, em nenhuma fracção da planta, chumbo, crómio e cádmio8. Também não
foi detectado níquel nos caules internos e folhas.
A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a
acumulação de zinco, ferro, cobre, alumínio, níquel, chumbo, crómio e cádmio, nas
diversas fracções do kenaf (Zn: Pcaules internos = 0,641; Pcaules externos = 0,472; Pfolhas =
0,291; Praízes = 0,0801; Fe: Pcaules internos = 0,159; Pcaules externos = 0,147; Pfolhas = 0,151;
Praízes = 0,630; Cu: Pcaules internos = 0,308; Pcaules externos = 0,314; Pfolhas = 0,372; Praízes =
0,603; Al: Pcaules internos = 0,581; Pcaules externos = 0,165; Pfolhas = 0,499; Praízes = 0,606; Ni:
Pcaules externos = 0,772; Praízes = 0,516; ANOVA; Nas amostras onde não houve detecção
de elemento metálico não foi, portanto, necessário efectuar o teste estatístico para
avaliação da variação dos resultados). Por esse motivo apresentam-se os teores
médios detectados em todas as amostras para cada elemento, por fracção (Quadro
5.20).
No caso do cobre, particularmente, de acordo com Varennes (2003), níveis elevados
de azoto acentuam a deficiência de cobre por implicarem um atraso na senescência
das folhas mais velhas, retendo o elemento em compostos azotados, facto que impede
a sua remobilização para as folhas mais jovens. Mas no kenaf, para os níveis de ião
amónio em estudo, esta comportamento não foi verificado.
-1
Quadro 5.20: Teores médios de zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel (mg kg ; matéria seca) para as
diferentes fracções da variedade G4 de kenaf.
mg kg-1; matéria
seca
Zinco
Ferro
Cobre
Alumínio
Níquel
Caule Interno
42,4±22,5
23,4±10,8
3,22±2,13
54,3±51,6
<0,70
Caule Externo
39,5±13,2
28,2±8,2
3,15±1,93
42,4±11,0
[<0,70 – 2,81]
Folhas
62,5±32,9
71,1±10,6
5,33±3,10
39,1±5,4
<0,70
Raízes
36,5±6,8
3774±1032
8,54±3,16
5735±1425
[<0,70 – 9,40]
Os teores de zinco e ferro apresentados são inferiores aos observados nos ensaios de
Catroga (2009), excepto o teor de ferro nas raízes que foi muito superior. Os teores de
8
-1
-1
-1
Limite de detecção do Chumbo: <2,3 mg.kg ; Crómio: <0,7 mg.kg ; Cádmio: <0,39 mg.kg .
Limite de detecção: teor mínimo medido a partir do qual é possível deduzir a presença do
analito com uma certeza estatística razoável. O limite de detecção é numericamente igual a
três vezes o desvio-padrão da média de ensaios em branco (n > 20)(Reg. 333/2007).
79
cobre e níquel nos caules e folhas são semelhantes aos observados em Catroga
(2009), mas os teores de cobre e níquel nas raízes são superiores. No caso da análise
destes micronutrientes, esta variação é explicável pois o solo utilizado no ensaio era
diferente do que foi utilizado nos ensaios de Catroga (2009), o que condiciona a
composição da biomassa nestes microelementos (Varennes, 2003). Além do mais, os
teores muito elevados de ferro e alumínio nas raízes resultaram da dificuldade em
separar correctamente a fracção radicular das partículas de solo (muito ricas em ferro
e alumínio) a esta fracção agarradas.
Os teores de zinco e cobre enquadram-se no intervalo dos teores normais nas plantas
(25-150 mg kg-1 de matéria seca; Varennes, 2003). Os teores de ferro e cobre nos
caules são inferiores aos teores considerados normais nas plantas (Fe: 50-250 mg kg-1
de matéria seca, Cu: 5-20 mg kg-1 de matéria seca, Varennes, 2003). As folhas
apresentaram teores normais em ferro e cobre, e as raízes, teores normais em cobre,
mas muito superiores aos normais em ferro (que podem resultar da sua contaminação
com solo, tal como referido).
As folhas são a fracção da planta que mais zinco acumulou. As raízes são a fracção
da planta que mais ferro, alumínio, níquel e cobre acumulou.
80
6. Conclusões
Por todas as considerações tomadas, com base nos métodos e procedimentos
experimentais adoptados, e da análise dos resultados obtidos, pode concluir-se que a
concentração de 15 mg/l de NH4 e sem adição de fertilizantes químicos, aquando da
aplicação de águas residuais na irrigação de kenaf, conduziu à obtenção das maiores
produtividades na variedade G4 de kenaf de todos os ensaios conduzidos,
conseguindo em média incorporar biomassa a uma taxa de 15,1 g dia-1 m-2, apesar de
se ter verificado nessa amostra uma baixa taxa de germinação. O azoto disponível e
adicionado através da irrigação, foi absorvido pelas raízes e translocado na sua
maioria para a parte aérea das plantas. Quer a produtividade aérea quer o
crescimento radicular não foram afectados pela irrigação com as águas residuais
testadas (apenas a amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, + NPK apresentou uma
produtividade global inferior à do Controlo). Observou-se que a concentração de 15
mg/l de ião amónio foi responsável pelos maiores índices de área radicular, densidade
radicular e comprimento das raízes assim como de biomassa aérea. Em termos de
proporção, a componente aérea foi significativamente mais produtiva que a
subterrânea.
O aumento do teor em ião amónio na água de rega conduziu a uma maior acumulação
de azoto na biomassa, o que pode comprometer a sua utilização para produção de
energia por combustão, devido às emissões de NOx. O aumento do teor em ião
amónio na água de rega conduziu também a uma maior acumulação na biomassa de
elementos minerais (cinzas), e particularizando, de fósforo (nos caules internos), de
cálcio (nas folhas), de magnésio (nos caules externos) e de manganésio (nos caules e
folhas). Os teores de potássio, sódio, zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel não foram
influenciados pelo ião amónio administrado. Não foi detectada na biomassa a
presença de chumbo, crómio e cádmio. Cada fracção da planta de kenaf mostrou
acumulação específica para determinados elementos. As folhas absorveram em média
mais azoto, cálcio, zinco e manganésio. As raízes acumularam mais sódio, ferro,
cobre, alumínio e níquel. Os caules e folhas acumularam mais potássio que as raízes
e o fósforo e magnésio apresentaram teores semelhantes nas diversas fracções da
planta.
Reforçando as capacidades que o kenaf tem para efectuar a fitodepuração de águas
residuais, observou-se uma acumulação na biomassa (em particular na biomassa
aérea) do azoto administrado sob a forma de ião amónio, com a redução dos teores
lixiviados ao longo do ensaio. Da análise das águas de lixiviação percebe-se que a
concentração de azoto amoniacal foi inferior nos lixiviados dos vasos irrigados com 15
mg/l de ião amónio, sendo não detectável no final do ensaio. Isto sugere que para
essa concentração desse ião, o kenaf parece acumulá-lo a nível da parte aérea
(sobretudo) e raiz, não comprometendo a sua produtividade, e impedindo a sua
lixiviação, que numa situação real, poderia provocar efeitos nocivos nos ecossistemas
receptores. Para concentrações superiores em ião amónio, o kenaf não consegue
responder da mesma forma, embora a maioria do ião administrado na água de rega
seja bioadsorvido na planta, com redução da sua presença nos lixiviados.
81
As propriedades que esta planta apresenta, e o estudo aqui apresentado, poderão
assumir uma elevada importância em projectos que se proponham efectuar a
fitodepuração de corpos de água contaminados com teores elevados em ião amónio,
ou em projectos que pretendam utilizar águas residuais tratadas, ricas em ião amónio,
na rega. Os ensaios com a Água Residual contendo 15 mg/l NH4, mostraram que a
produção não foi afectada, pelo contrário, e que a biomassa obtida apresenta
qualidade para produção de energia por combustão, pois os teores em cinzas e azoto
são reduzidos. Do ponto de vista ambiental e industrial, é significativo: as emissões de
NOx e a produção de cinzas serão baixas, no caso da conversão termoquímica dessa
biomassa. A utilização de águas residuais, ricas em ião amónio, na produção de kenaf
apresenta, portanto, viabilidade e, tudo indica, é mais sustentável pois a necessidade
em recursos hídricos e minerais é menor.
No entanto, elações àcerca da sua viabilidade do ponto de vista técnico, ambiental e
económico, só poderão ser confirmadas após a realização de ensaios piloto ou em
campo. É necessário também, em futuros ensaios, analisar o sistema solo-biomassa,
verificando se a qualidade do solo não é afectada por este tipo de reutilização das
águas residuais.
82
7. Referências Bibliográficas
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