I SIMPÓSIO DE REVITALIZAÇÃO DE RIOS URBANOS Propostas para o Ribeirão Jaguaré 26, 27 e 28 de outubro de 2015
O PAPEL DAS PLANTAS NA INFRAESTRUTURA VERDE: A FITORREMEDIAÇÃO NO TRATAMENTO DA POLUIÇÃO DE RIOS E CÓRREGOS URBANOS Maitê Bueno Pinheiro(1); Paulo Renato Mesquita Pellegrino(2) (1)
Mestranda da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo1, maite.biologia@gmail.com (2) Professor Doutor do Departamento de Projeto da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo, prmpelle@usp.br RESUMO Atualmente, a cidade de São Paulo enfrenta desafios ambientais no manejo de suas águas, como poluição dos corpos hídricos e graves eventos de enchentes. Entre as fontes de poluição das águas urbanas destaca-se a poluição difusa carregada pelo escoamento superficial nos eventos de chuva. A infraestrutura verde é uma rede de áreas naturais e espaços abertos paisagisticamente tratados e interconectados, que ao incorporar tipologias paisagísticas de alto desempenho, exerce funções infraestruturais ecológicas e oferece uma gama de serviços ecossistêmicos à cidades. As plantas executam diversas funções na infraestrutura verde e tem papel importante no tratamento da poluição difusa a partir de mecanismos fitorremediadores. A fitorremediação é uma tecnologia emergente que age sobre contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes no solo, sedimento, água superficial e subterrânea. No tratamento da poluição de rios e córregos urbanos a fitorremediação está sendo utilizada a partir de tipologias de wetlands construídas e ilhas fitorremediadoras. O presente estudo apresenta um levantamento preliminar do papel das plantas em tipologias de infraestrutura verde na despoluição de rios e córregos urbanos e algumas espécies fitorrremediadoras da flora nativa brasileira de ocorrência confirmada no Estado de São Paulo. Palavras-chave: Infraestrutura verde; fitorremediação; águas urbanas; tratamento de rios e córregos urbanos. 1. INTRODUÇÃO As plantas são a base da vida terrestre, através de um pequeno fluxo energético mantido pela luz do Sol, realizam o processo de fotossíntese2 “a via pela qual praticamente toda a energia entra em nossa biosfera” (RAVEN et al. 2007 p. 125). Na fotossíntese a energia Solar é capturada e utilizada para a formação de açucares, nesse processo o subproduto oxigênio (essencial à vida humana) é liberado para atmosfera. As plantas, algas marinhas e cianobactérias, incorporam o dióxido de carbono da atmosfera e a partir desses dióxidos e da água, sintetizam carboidratos e liberam o oxigênio para atmosfera (RAVEN et al. 2007). Não só do ciclo do carbono, as plantas também participam do ciclo do nitrogênio, do fósforo e do ciclo hidrológico.
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Conta com apoio financeiro, processo: n. 2014/14998-6, Funadação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP 2 Quando uma partícula de luz solar atinge uma molécula do pigmento verde clorofila, elevando um dos elétrons da clorofila a um nível energético maior, uma pequena corrente energética se inicia a fotossíntese. A clorofila é um pigmento natural presente nas plantas, algas e algumas bactérias, responsável pelo processo fotossintético (RAVEN et al. 2007).
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Com relação ao ciclo hidrológico, os mecanismos desempenhados pelas plantas e suas interações com o meio físico e biótico são atores importantes para a sua manutenção. As plantas promovem a infiltração da água no solo, consequentemente contribuem para a recarga dos aquíferos subterrâneos e das nascentes, absorvem parte da água que infiltra no solo e devolvem para atmosfera em forma de vapor d’água, mantêm a qualidade das águas através dos mecanismos naturais de fitorremediação, tendo papel especial na qualidade dos corpos hídricos a vegetação marginal, conhecida como mata ciliar. No entanto, as áreas naturais vegetadas e os ecossistemas vêm sendo reduzidos pelas intervenções humanas ao longo do tempo. Nas cidades, o processo de urbanização responde por grande parte da perda destas áreas naturais e ecossistemas. Os impactos negativos deste processo incluem: problemas hidrológicos, comprometimento da hidrologia natural e do padrão ecológico das águas urbanas, decorrentes das modificações nas bacias hidrográficas e nos mecanismos naturais de drenagem; fragmentação do habitat ecológico, inibição do desenvolvimento e repovoamento da biota nos recursos hídricos, ocasionado pelas alterações nas bacias e na drenagem natural, sedimentação e perda do habitat ripário; comprometimento da paisagem, degradação e desvalorização socioeconômica de vizinhanças inteiras devido à canalização, poluição e a transformação dos córregos e rios; e, poluição dos corpos hídricos, comprometimento da qualidade ambiental e dos padrões para a manutenção dos processos ecológicos (NOVOTNY, 2003). Além de, alterações no microclima (LEITE, 2008) e um mosaico de áreas contaminadas decorrente, caracterizadas pela contaminação dos solos e águas subterrâneas, decorrente da crescente produção de poluentes e da disseminação de formas impróprias de destinação dos resíduos (MORINAGA, 2013). Atualmente, a principal fonte de poluição de rios e córregos urbanos é a poluição difusa3 originada do escoamento superficial sobre áreas impermeabilizadas (PORTO et al. 2001; LEE; BANG, 2000 apud ZAFFANI, 2012; SMDU, 2012; LADISLAS, et al. 2011), o escoamento superficial carrega cargas expressivas de contaminantes (metais pesados, hidrocarbonetos de petróleo, herbicidas e pesticidas, partículas sólidas e outros poluentes) principalmente no primeiro fluxo de escoamento (first flush4), onde a contaminação é muitas vezes maior do que a normalmente encontrada nos esgotos (UACDC, 2010). Entre outras fontes de poluição, como despejo de esgotos sanitários ou águas residuárias sem tratamento, lançamento direto de resíduos sólidos, fontes acidentais e fontes atmosféricas (BENETTI; BIDONE, 2001 apud ZAFFANI, 2012), Além disso, a maior quantidade de áreas impermeáveis eleva o número de vezes em que uma bacia hidrográfica produz escoamento e a velocidade deste sobre a superfície também, tornando a capacidade de arraste da água maior e consequentemente, maior a carga poluidora que atinge o corpo hídrico (SMDU, 2012 apud MOURA, 2013) e os riscos de enchentes e enxurradas (LEE; BANG, 2000 apud ZAFFANI, 2012). Atualmente, a redução da qualidade e quantidade dos recursos hídricos é um problema que afeta mais da metade dos municípios brasileiros. O conjunto desses fatores, somado a exploração excessiva dos recursos naturais e as altas cargas de poluentes lançados na atmosfera, contribui 3
Poluição proveniente de atividades que depositam poluentes de forma esparsa sobre a área de contribuição da bacia hidrográfica. Ela é formada por resíduos de origem bastante diversificada, como os provocados pelo desgaste do asfalto pelos veículos, o lixo acumulado nas ruas e calçadas, as decomposições orgânicas, as sobras de materiais das atividades de construção, os restos de combustível, óleos e graxas deixados por veículos, poluentes do ar, etc. (SANEAS, 2008). 4 First flush, ou carga de lavagem, em inglês, trata-se do primeiro fluxo de escoamento de águas pluviais em áreas urbanas, quer sobre o solo, quer no interior das canalizações, significando que o pico das concentrações de poluentes ocorreria antes do pico das vazões (TOMAZ, 2006, p. 3 e SMDU, 2012, vol. 2: p. 140, 141 apud MOURA, 2013 p. 43).
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para a intensificação dos efeitos das mudanças climáticas, e consequentemente, aumenta os riscos da perda de biodiversidade (IBAMA, 2010). A partir da evidência dos efeitos negativos provocados pelo processo de urbanização e das mudanças climáticas, os espaços naturais que antes eram vistos como artefatos de luxo urbano, não sendo considerados elementos da paisagem, hoje passam a ser vistos como protagonistas para a prosperidade da vida urbana (PELLEGRINO, 2004). Segundo Benedict e McMahon (2006 apud CORMIER; PELLEGRINO et al. 2008) a infraestrutura verde incorpora a visão de que a conservação da natureza não precisa se opor ao desenvolvimento, ela fornece uma organização espacial que proporciona, simultaneamente, lugares para o desenvolvimento das atividades sociais e fornecimento dos benefícios da natureza. Trata-se de uma ferramenta para o reconhecimento e aproveitamento dos serviços ecossistêmicos5 no ambiente urbano (CORMIER; PELLEGRINO, 2008), e que confere respostas aos problemas de drenagem, mobilidade, acesso, conforto ambiental, despoluição das águas e do ar, fomento à biodiversidade, lazer e imagem local (BONZI, 2015). Infraestrutura verde (IV) é portanto, uma rede de paisagens naturais (áreas naturais e assim caracterizadas, áreas de conservação públicas e privadas, áreas trabalhadas com valores de conservação e outros espaços abertos protegidos) e espaços tratados com tipologias paisagísticas de alto desempenho, que conectados em diferentes escalas de projeto permeando o tecido urbano são capazes de desempenhar múltiplas funções ecológicas e fornecer serviços ecossistêmicos, devido aos processos naturais das plantas e suas interações com o meio físico e biótico (CORMIER; PELLEGRINO, 2008). Na IV a água é o elemento de conectividade primário que impacta ou é impactada diretamente por todos os domínios do planejamento e projeto (uso do solo, infraestrutura, espaços livres, manejo de resíduos e geração de energia) (NOVOTNY et al. 2010 apud MOURA, 2013) e a bacia hidrográfica, a unidade territorial de gestão dos recursos hídricos nas áreas urbanas (CBH, s/d). Assim, a bacia hidrográfica também pode ser entendida como a área de estudo e aplicação dos dispositivos de IV visando a melhora da qualidade das águas urbanas. São reconhecidas como tipologias paisagísticas de alto desempenho os jardins de chuvas, biovaletas, canteiros pluviais, tetos verdes, paredes verdes ou jardim verticais, wetlands construídos, grades verdes (a combinação destas tipologias) (CORMIER; PELLEGRINO, 2008; UACDC, 2010), bacias de infiltração, entre outras (UACDC, 2010). Tais tipologias são capazes de remediar a poluição difusa in situ a partir da fitorremediação, reduzindo a carga de poluição que atinge os corpos hídricos urbanos. A fitorremediação é a tecnologia que utiliza os processos naturais das plantas e suas interações com a microbiota associada a rizosfera6 (US EPA, 2000; SALT et al. 1998; SALT et al. 5
Os serviços ecossistêmicos são os serviços prestados pelos ecossistemas que sustentam e conferem qualidade à vida humana e são divididos em quatro categorias de acordo com a Avalição Ecossistêmica do Milênio (AEM, 2005 apud IBAMA, 2010): Serviços de suprimento que resultam em bens ou produtos ambientais com valor econômico, obtidos diretamente pelo uso e manejo sustentável dos ecossistemas, como alimentos, água e produtos florestais; Serviços regulatórios que mantêm os processos ecossistêmicos que garantem à regulação do clima, o ciclo hidrológico, a redução da erosão, o combate a doenças e contribuem para a polinização; Serviços culturais associados aos valores e manifestações da cultura humana, derivados da preservação ou conservação dos recursos naturais. Englobam a recreação, as belezas cênicas e a espiritualidade; Serviços de suporte que garantem todos os outros porque mantêm as condições dos recursos ambientais naturais, em especial a biodiversidade, a conservação da variabilidade genética, a formação de solo, a fotossíntese e a ciclagem de nutrientes. Este conceito se consolidou em 2005 com a Avaliação Ecológica do Milênio (AEM), e suas bases teóricas se encontram na busca pelo entendimento das relações entre os ecossistemas e a qualidade da vida humana. O conceito engloba os termos serviços da natureza, capital natural e serviços ambientais. Os conflitos existentes em sua classificação são discutidos nos trabalhos de Rosa (2014) e Santos (2014).
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1995; RASKIN et al. 1994 apud PILLON-SMITS, 2005) na remediação de poluentes orgânicos e inorgânicos como metais, metaloides, hidrocarbonetos do petróleo, compostos orgânicos voláteis (VOCs), pesticidas, herbicidas, nutrientes, radionuclídeos, organoclorados, solventes clorados, explosivos, fenóis e nutrientes inorgânicos (MORENO et al, 1998; MORENO; SÍGOLO, 2007; PILON-SMITS, 2005; US EPA, 2000; DUSHENKOV et al. 1995) presentes nos solos, sedimentos, águas superficiais e águas subterrâneas (RUBY; APPLETON, 2010; PIRES et al, 2003 apud COUTINHO, 2007; US EPA, 2000; SALT et al. 1998; SALT et al, 1995; RASKIN et al. 1994 apud PILLON-SMITS, 2005). Esta tecnologia, ainda incipiente no Brasil, é atualmente referida como o método mais rentável, não invasivo e publicamente aceito no tratamento de ambientes contaminados (RUBY; APPLETON, 2010). Os mecanismos de fitorremediação são classificados de acordo com o destino dos contaminantes e com base nos mecanismos vegetais envolvidos (US EPA, 2000). Podem ser divididos em dois tipos, mecanismos de ação direta e ação indireta. Fitoextração, rizofiltração, fitodegradação, fitovolatilização e controle fitohidráulico são mecanismos de ação direta. Já fitoestabilização, rizodegradação, sistemas de cobertura vegetal e corredores ripários, são mecanismos de ação indireta (US EPA, 2000). Estes mecanismos podem agir em conjunto ou isoladamente nos diferentes substratos sobre. No tratamento da poluição de rios e córregos urbanos a fitorremediação é utilizada em sistemas de wetlands construídos, wetlands flutuantes e tipologias jardins. No parque Parc du Chemil de I’lle, no Rio Sena em Paris, foi implantado um sistema de jardins filtrantes em sequência que controla a poluição vinda do rio. Ao final do processo a água tratada é utilizada para irrigar as hortas comunitárias existentes no parque (AS BOAS NOVAS, 2014). Outro exemplo é o recente e audacioso projeto de revitalização do Gowanus Canal, no Brooklyn em Nova York. O projeto denominado Domestic Laundry (lavanderia doméstica) é baseado em uma abordagem ecológica de limpeza das zonas úmidas (Bacia Flushing), onde os resíduos são reciclados, os recursos conservados e as comunidades de seres vivos regeneradas, a partir de uma variedade de tecnologias verdes, que incluem: biorremediação; terraços de fitorremediação e floating wetlands; tecnologias mais avançadas que incluem filtros e membranas geotêxtil com matriz microbiana para a limpeza do solo; e, uma rede de tubulações que fornece o meio para monitoramento da contaminação e umidade, além de injetar uma mistura específica no solo em tratamento (BUSTLER, 2011). No Brasil ainda são incipientes os projetos de infraestrutura verde na recuperação de bacias urbanas, assim como, o conhecimento das espécies fitorremediadoras, sendo relevantes as pesquisas em torno dos temas estudados. 1.2 OBJETIVOS Este trabalho apresenta um primeiro levantamento do papel das plantas e dos mecanismos de fitorremediação em tipologias de infraestrutura verde na despoluição de rios e córregos urbanos, assim como, espécies fitorrremediadoras da flora nativa brasileira de ocorrência confirmada no Estado de São Paulo. Este trabalho é parte da pesquisa de mestrado em andamento que tem como objetivo a produção de um inventário prático de espécies de plantas fitorremediadoras para uso em projetos de infraestrutura verde de manejo in situ das águas urbanas direcionado à cidade de São Paulo. O estudo também pretende ampliar a discussão em torno destes temas tão relevantes para a realidade das cidades brasileiras.
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2. MATERIAIS E MÉTODOS A partir de estudos bibliográficos específicos investigou-se o estado do conhecimento das tipologias de infraestrutura verde e da fitorremediação, no tratamento da poluição de rios e córregos urbanos. Os resultados apresentados fazem parte da ordenação um conjunto de informações e resultados obtidos em estudos anteriores levantados no decorrer da pesquisa de mestrado. 3. RESULTADOS Os wetlands construídos, são tipologias usadas para o tratamento de rios e córregos urbanos. Estas tipologias reproduzem funções importantes das zonas úmidas naturais (US EPA, 2004) enquanto realizam o tratamento da poluição por mecanismos de fitorremediação desempenhados por plantas macrófitas (vegetação do tipo aquática) (SHUTES, 2001), componentes estruturais dominantes (SALATI, 2000 apud ANTUNES, 2009). A eficiência do tratamento da poluição está estritamente relacionada com o conhecimento das espécies fitorremediadoras, monitoramento e manejo da biomassa vegetal (SALATI, 2000 apud ANTUNES, 2009). Uma abordagem mais recente é a utilização de tipologias denominadas floating wetlands (wetlands flutuantes) sobre a superfície de córregos, rios e canais urbanos. Nesta tipologia a vegetação é fixada em estruturas flutuantes e cultivada por hidroponia. As estruturas podem estar nas margens dos corpos hídricos, incluindo os canalizados (DWA, 2014) ou centralmente localizados sobre a superfície da água como ilhas ou arquipélagos (BIOMATRIX WATER, 2012), aumentando assim a área de fitorremediação. Floating wetlands funcionam como ilhas ou plataformas fitorremediadoras eficientes na remoção de metais pesados como níquel (Ni) e zinco (Zn) dissolvidos no escoamento, no tratamento da demanda bioquímica de oxigênio (DBO5,20), demanda química de oxigênio (DQO), remoção de nitrogênio (N) e fósforo (P) e sólidos suspensos totais (SST). As ilhas fitorremediadoras podem estar associadas à outras tipologias como por exemplo, piscinas de retenção de água pluvial (LADISLAS et al. 2011). Nestes sistemas as raízes crescem livre na coluna d’água e desempenham um papel importante devido a formação do biofilme. Os exudatos (compostos orgânicos) liberados pelas raízes fornecem carbono para a atividade metabólica de microrganismos que se associam a rizosfera, esta associação forma uma espécie de biopelícula que filtra e retém os contaminantes da água. No biofilme, os contaminantes retidos podem sofrer ação remediadora desempenhada tanto pela microbiota ou pela planta (LADISLA et al, 2011). Neste estudo foram levantadas três espécies de plantas nativas da flora brasileira de ocorrência confirmada no Estado de São Paulo, que desempenharam ação fitorremediadora testadas em wetlands construídos Eichhornia crassipes, Myriophyllium sp. (PILON-SMITS, 2005) e ilhas fitorremediadoras Juncus effusus (TANNER, 1995), demonstradas na figura a seguir.
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Figura 1: Plantas fitorremediadoras nativas de ocorrência no Estado de São Paulo, utilizadas em tipologias de infraestrutura verde no tratamento de águas urbanas. Fonte imagens: Hoffman Nursery Inc; L. Nubaumer; M. Verdi In: Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Fonte: Pinheiro, 2015.
4. CONCLUSÕES Na infraestrutura verde as plantas desempenham um papel importante no tratamento da poluição difusa carregada pelo escoamento pluvial sobre áreas impermeabilizadas na malha urbana, que afeta os rios e córregos. Seus mecanismos fitorremediadores tratam os contaminantes e participam da remediação dos solos. Além disso, as plantas atuam na regulação do ciclo hidrológico, fornecem habitat para a microbiota e fauna silverstre, proporcionam conforto ambiental, participam da limpeza do ar atmosférico e conferem caráter estético positivo à paisagem. No tratamento da poluição de rios e córregos urbanos o estudo demonstra que os mecanismos fitorremediadores desempenhados pelas plantas macrófitas em sistemas de wetlands construídos e ilhas fitorremediadoras têm sido demonstrado como uma alternativa viável. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES, M.; LUZ, C.L. Juncaceae in Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://floradobrasil.jbrj.gov.br/jabot/floradobrasil/FB8084>. Acesso em: 12 Out. 2015.
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