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Valéria Lúcia de Oliveira Freitas
RREESSTTAAUURRAAÇÇÃÃOO DDEE ÁÁRREEAASS DDEEGGRRAADDAADDAASS PPEELLAA EEXXTTRRAAÇÇÃÃOO DDEE AARRDDÓÓSSIIAA,, UUTTIILLIIZZAANNDDOO SSEEUUSS RREEJJEEIITTOOSS,,
NNOO MMUUNNIICCÍÍPPIIOO DDEE PPAAPPAAGGAAIIOO,, MMIINNAASS GGEERRAAIISS
Belo Horizonte
2012
Valéria Lúcia de Oliveira Freitas
RREESSTTAAUURRAAÇÇÃÃOO DDEE ÁÁRREEAASS DDEEGGRRAADDAADDAASS PPEELLAA EEXXTTRRAAÇÇÃÃOO DDEE AARRDDÓÓSSIIAA,, UUTTIILLIIZZAANNDDOO SSEEUUSS RREEJJEEIITTOOSS,,
NNOO MMUUNNIICCÍÍPPIIOO DDEE PPAAPPAAGGAAIIOO,, MMIINNAASS GGEERRAAIISS
Tese apresentada ao programa de pós-
graduação do Departamento de Biologia
Geral do Instituto de Ciências Biológicas
da Universidade Federal de Minas Gerais,
como requisito parcial à obtenção do título
de Doutor em Ecologia, Conservação e
Manejo de Vida Silvestre.
Orientador: Prof. Dr. Geraldo Wilson Fernandes
Universidade Federal de Minas Gerais
BELO HORIZONTE
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
2012
ii
Dedico este trabalho
Aos meus pais Efigênia e Geraldo que sempre me guiaram e incentivaram,
Aos meus irmãos pelos bons momentos vividos,
Ao Tompson, meu marido, companheiro e amigo que tanto me ajudou a superar os momentos difíceis,
E às minhas amadas filhas, Bui & Mila, que tanto sofreram com a minha ausência e sabem que tudo o que eu faço é pensando nelas...
Amo todos vocês...
iii
Agradecimentos
Ao meu orientador Geraldo Wilson Fernandes pela orientação, incentivo, estímulo e confiança;
Ao meu marido Tompson, que me apoiou nesta caminhada e pela paciência, carinho e amor em especial nos momentos mais difíceis;
À minha família, minha mãe Efigênia, ao meu pai Geraldo, as minhas queridas irmãs Cris, Helo e Dino que sempre acreditaram nos meus ideiais e no meu potencial;
À minhas amadas filhas Bruna e Camila que sabem o que o meu trabalho significa na minha vida;
À Tóia e Pedralli (in memoriam) por ter permitido que eu iniciasse a minha carreira de pesquisadora, pela orientação e amizade durante os anos de convívio;
À minha amiga Renata pela ajuda nos trabalhos de campo, conversas, trocas de ideias e incentivo;
Ao José Carlos por ter sido sempre o meu companheiro e amigo e que muitas vezes me viu chorar;
Ao Marcus meu colega de trabalho e amigo que muitas vezes ouviu os meus tormentos e estava sempre disponível para a leitura dos manuscritos;
À Márcia Melo pela amizade e grande incentivo;
Aos meus colegas e amigos do Setor de Recursos da Terra que sempre torceram pelo meu sucesso;
Ao Prof. Dr. Adriano Paglia pelo auxílio no tratamento estatístico dos dados;
Aos meus bolsistas que foram essenciais para a realização deste trabalho;
À Fundação Cetec que proporcionou a realização deste ideal;
À Fapemig e CNPq pelo apoio financeiro do projeto e pelas bolsas de iniciação científica;
À Micapel, em especial ao Joaquim, que desde o início acreditou no meu trabalho e me deu todo o apoio necessário para a realização deste trabalho;
Aos meus grandes amigos de Papagaio, Betinha, Samir, Mônica e outros que sempre cuidaram de mim como se fosse uma pessoa da família;
Aos amigos do apoio moral de cada dia;
E aqueles que diretamente ou indiretamente colaboraram para a execução deste trabalho;
À Deus por estar presente em todos os momentos da minha vida, guiando os meus passos, orientando nos momentos mais difíceis e permitindo alcançar meus objetivos,
Meus sinceros agradecimentos.
iv
“Cada pessoa, durante a sua existência, pode ter duas atitudes: Construir ou Plantar.
Os construtores podem demorar anos em suas tarefas, mas um dia terminam aquilo que começaram. Então param, e ficam limitados pelas suas próprias paredes. A vida perde o
sentido quando a construção acaba.
Mas existem os que plantam. Estes, às vezes, sofrem com as tempestades, com intempéries e, raramente descansam. Mas, ao contrário de um edifício, o jardim nunca para de crescer. E, ao mesmo tempo em que exige a atenção do jardineiro, permite que,
para ele, a vida seja um grande desafio.
Os jardineiros se reconhecerão entre si – porque sabem que na história de cada planta está o crescimento de toda a Terra.”
Paulo Coelho
v
Sumário
Lista de Tabelas ................................................................................................................... vii Lista de Figuras ................................................................................................................... viii Resumo ................................................................................................................................. x Abstract ................................................................................................................................ xii Capítulo 1 .............................................................................................................................. 1 Apresentação ........................................................................................................................................ 1 1 Introdução Geral ................................................................................................................. 1 1.1 Objetivos ......................................................................................................................................... 2
Objetivo Geral ................................................................................................................ 2 Objetivos Específicos ..................................................................................................... 2 Hipóteses ....................................................................................................................... 2
1.2 Bioma Cerrado e a Restauração Ecológica ..................................................................................... 3 A mineração - Seus Problemas Ambientais ................................................................... 5 Ardósia e o Aproveitamento de seus Resíduos .............................................................. 6
1.3 Caracterização do Sítio de Estudo ................................................................................... 8 Localização geográfica .................................................................................................. 8 Descrição dos sítios de estudo ....................................................................................... 8
2 Referências Bibliográficas................................................................................................... 9 Capítulo 2 ........................................................................................................................... 12 Initial growth of Cerrado tree species in substrates enriched with stonemeal ....................... 13 Abstract ............................................................................................................................... 14 Resumo ............................................................................................................................... 14
1. Introduction .............................................................................................................. 16 2. Material and Methods ............................................................................................... 17 3. Results and Discussion ............................................................................................ 19
Substrate properties ........................................................................................... 19 Survival .............................................................................................................. 20 Growth ................................................................................................................ 20
4. Conclusion ............................................................................................................... 23 Acknowledgments .......................................................................................................... 23 Reference ...................................................................................................................... 24
Capítulo 3 .......................................................................................................................... 37 Efeito da adição do pó de ardósia no padrão de alocação da biomassa em sete espécies arbóreas nativas do Cerrado ................................................................................................ 38 Resumo ............................................................................................................................... 38 Abstract ............................................................................................................................... 38
1. Introdução ................................................................................................................ 39 2. Material e Métodos ................................................................................................... 40 3. Resultados e Discussão ........................................................................................... 42 4. Agradecimentos ....................................................................................................... 48 5. Referências .............................................................................................................. 48
vi
Capítulo 4 .......................................................................................................................... 54 Recomposição da cobertura vegetal em uma pilha de rejeito de ardósia utilizando pó de ardósia ................................................................................................................................. 55 Resumo ............................................................................................................................... 55 Abstract ............................................................................................................................... 55 Introdução ............................................................................................................................ 56 Material e Métodos .............................................................................................................. 58
Caracterização do sítio de estudo ............................................................................ 58 Caracterização do substrato ..................................................................................... 58 Seleção das espécies vegetais ................................................................................ 59 Procedimentos de manejo antes do plantio .............................................................. 59 Implantação do experimento .................................................................................... 60 Sobrevivência e monitoramento do crescimento ...................................................... 60
Resultados ........................................................................................................................... 61 Caracterização do substrato ..................................................................................... 61 Sobrevivência ........................................................................................................... 61 Crescimento ............................................................................................................. 62
Discussão ............................................................................................................................ 66 Agradecimentos ................................................................................................................... 69 Referências bibliográficas .................................................................................................... 69 Capítulo 5 .......................................................................................................................... 73 Decomposição da serapilheira – Uma Ferramenta de bioindicação da restauração ecológica de áreas degradadas no Cerrado ........................................................................................ 74 Resumo ............................................................................................................................... 75 Abstract ............................................................................................................................... 75 Introdução ............................................................................................................................ 76 Material e Métodos .............................................................................................................. 77
Área de estudo ......................................................................................................... 77 Caracterização do solo ............................................................................................. 78 Decomposição da serapilheira ................................................................................. 78 Análiase estatísticas ................................................................................................. 79
Resultados e discussão ....................................................................................................... 79 Agradecimentos ................................................................................................................... 83 Referências bibliográficas .................................................................................................... 83 Capítulo 6 .......................................................................................................................... 91 Atributos químicos e microbianos de solos como indicadores da restauração ecológica de áreas degradadas pela mineração de ardósia ..................................................................... 92 Resumo ............................................................................................................................... 92 Abstract ............................................................................................................................... 93 Introdução ............................................................................................................................ 94 Material e Métodos .............................................................................................................. 95
Tratamento estatístico dos dados ............................................................................. 97 Resultados e discussão ....................................................................................................... 97 Agradecimentos ................................................................................................................. 103 Referências bibliográficas .................................................................................................. 103 Capítulo 7 ......................................................................................................................... 108 Considerações Finais ....................................................................................................... 109 Anexos .............................................................................................................................. 113
vii
Lista de Tabelas Capítulo 2
Table 1. Soil fertility and physical properties of substrate samples in May 2003 and June 2004 (in parentheses).......................................................................................................................................... 30
Table 2. Survival percentage of seven tree Cerrado species per treatment, 14 months after planting (n=8). ..................................................................................................................................................... 31
Capítulo 3
Tabela 1 – Propriedades químicas e físicas das amostras em Maio/2003 e Junho/2004 (em parênteses). ........................................................................................................................................... 43
Tabela 2 – Análise de variância para a alocação da biomassa seca. Nível de significância: ***, p <0,0001 (gl, grau de liberdade; SQ, soma dos quadrados). ................................................................. 44
Capítulo 4
Tabela 1 – Fertilidade e propriedades físicas das amostras de substrato das pilhas de rejeito de ardósia (Dez/2003 e Março/2006) ......................................................................................................... 62
Tabela 2 – Percentagem de sobrevivência de 24 espécies arbóreas do cerrado, 60 meses após o plantio. ................................................................................................................................................... 63
Tabela 2 – Índice de crescimento (soma dos pontos totais atribuídos do menor para o maior crescimento para cada espécie de acordo com as diferenças estatísticas da taxa de crescimento relativo em altura e diâmetro basal dividido pelo total de pontos distribuídos) e UVI (índice de crescimento multiplicado pela percentagem de sobrevivência) para a restauração de áreas degradadas no cerrado utilizando o pó de ardósia como parte do substrato de 20 espécies arbóreas. ............................................................................................................................................................... 67
Capítulo 5
Tabela 1. Caracterização dos sítios experimentais. ............................................................................. 87
Tabela 2. Temperatura média (°C) na superfície e a 10 cm de profundidade do solo nos sítios de estudo, em diferentes estádios sucessionais. ....................................................................................... 87
Tabela 3. Percentagem média de umidade do solo nos sítios de estudo, em diferentes estádios sucessionais. (Média ± Desvio Padrão). ............................................................................................... 87
Tabela 4. Percentagem média de decomposição e do coeficiente de decomposição da serapilheira em cada período de coleta nos diferentes sítios de estudo, em diferentes estádios sucessionais (n=38). ................................................................................................................................................... 88
Capítulo 6
Tabela 1 - Caracterização dos sítios amostrais. ................................................................................... 96
viii
Lista de Figuras
Capítulo 1
Figura 1 – Detalhe de uma pilha de rejeito de ardósia, Papagaio, MG. ............................................... 7
Figura 2 – Detalhe de efluente líquido contendo pó de ardósia, Papagaio, MG. ................................. 7
Figura 3 – Mapa de localização dos sítios de estudo. .......................................................................... 8
Capítulo 2
Figure 1. Curve of growth increment of basal diameter for Cerrado trees species in the different treatments (June/2003 to June/2004). ................................................................................................. 32
Figure 2. Monthly average increment of basal diameter for Cerrado trees species in the different treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD). ............................................................ 33
Figure 3. Curve of growth increment of height for Cerrado trees species in the different treatments (June/2003 to June/2004). .................................................................................................................... 34
Figure 4. Monthly average increment of height for Cerrado trees species in the different treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD). .............................................................................. 35
Figure 5. Monthly average increment of canopy area for Cerrado trees species in the different treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD). ............................................................ 36
Capítulo 3
Figura 1 – Efeito da adição do pó de ardósia no padrão de alocação da biomassa de espécies arbóreas do Cerrado de diferentes fitofisionomias. Barras seguidas de diferente letra e fonte são estatisticamente diferentes ao nível de <0,05, de acordo com o teste de Tukey. ................................ 45
Figura 2 – Efeito da adição do pó de ardósia sobre a razão raiz/parte aérea de espécies arbóreas do cerrado de diferentes fitofisionomias. Barras de uma mesma espécie seguidas de letras diferentes são estatisticamente diferentes a 5% de probabilidade pelo teste de Tukey. ...................................... 47
Capítulo 4
Figura 1 – Curva de crescimento das espécies utilizadas na pilha de rejeito de ardósia durante 60 meses. ................................................................................................................................................... 64
Figura 2 – Incremento médio mensal para as espécies arbóreas do cerrado após 60 meses do plantio: (a) incremento médio em altura e (b) incremento médio em diâmetro basal. As diferenças foram testadas por Kruskal-Wallis seguidas de teste de comparações múltiplas. Letras diferentes indicam diferenças estatisticamente significativas entre as espécies (<0,05). .................................... 65
ix
Capítulo 5
Figura 1. Diagrama climático construído a partir das médias mensais de temperatura e dos dados pluviométricos (Walter 1986). Traço inferior = temperatura média; traço superior = precipitação pluviométrica; hachura vertical = estação relativamente úmida; hachura escura = estação superúmida; hachura horizontal = estação relativamente seca. ................................................................................ 89
Figura 2. Percentagem de massa remanescente de serapilheira recolhida das bolsas decompositoras e a respectiva linha de tendência exponencial, no período de julho/08 a julho/09, em três sítios de diferentes estádios sucessionais........................................................................................................... 90
Capítulo 6
Figura 1 – Variação pluviométrica mensal no período de janeiro de 2007 a março de 2009, Papagaio, MG. Dados fornecidos pela Micapel. .................................................................................................... 97
Figura 2 – Número médio de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s) de fungos solubilizadores de fosfato nos sítios em diferentes estádios sucessionais, maio/07 a mai/09. Médias e intervalo de confiança (95%)..................................................................................................................................... 98
Figura 3 – Número de Unidades Formadoras de Colônias de fungos solubilizadores de fosfato (UFC’s) por estádio sucessional e sazonalidade, no período de maio/07 a maio/09. Média e intervalo de confiança (95%). Letras distintas, minúsculas entre os estádios sucessionais e maiúsculas entre a sazonalidade, diferem entre si (Tukey 5%). .......................................................................................... 99
Figura 4 – Número médio de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s) de fungos degradadores de celulose nos sítios em diferentes estádios sucessionais, maio/07 a mai/09. Média e intervalo de confiança (95%)................................................................................................................................... 101
Figura 5 – Número de Unidades Formadoras de Colônias de degradadores de celulose (UFC’s) por estádio sucessional e sazonalidade, no período de maio/07 a maio/09. Média e intervalo de confiança (95%). .................................................................................................................................................. 102
x
Resumo
Título: Restauração de áreas degradadas pela extração de ardósia, utilizando seus rejeitos, no município de Papagaio, Minas Gerais Autora: Valéria Lúcia de Oliveira Freitas Orientador: Geraldo Wilson Fernandes O Cerrado brasileiro sofre cada vez mais com as ações antrópicas, sendo a mineração uma das
fontes de degradação. Os impactos negativos da atividade minerária são evidentes e
compreendem a completa desestruturação do solo, supressão da vegetação, remoção dos
bancos de sementes e de plântulas, alteração da paisagem, fragmentação de habitats e
acúmulos de rejeitos da atividade minerária. O maior pólo produtivo de ardósia no Brasil está
localizado na região central de Minas Gerais. É conhecido como Arranjo Produtivo Local
(APL) de Ardósia e compreende uma área de 7.000 km2. O objetivo principal deste trabalho
foi estabelecer parâmetros para a restauração de áreas degradadas pela mineração de ardósia,
tendo como ênfase o aproveitamento de seus rejeitos, além de estabelecer métricas para o
acompanhamento do processo de restauração ecológica destas áreas e selecionar
bioindicadores do processo de restauração. Inicialmente, foram estudadas as respostas em
crescimento inicial e sobrevivência de sete espécies nativas do Cerrado, de diferentes
fitofisionomias, plantadas em canteiros experimentais nos quais se avaliou o efeito do pó de
ardósia para compor parte do substrato experimental. A adição do pó de ardósia ao substrato
aumentou a concentração de Mg, P e K no substrato. As espécies estudadas apresentaram taxa
de sobrevivência superior a 85%. Os dados indicam que o pó de ardósia pode ser usado como
constituinte do substrato de recobrimento das pilhas de rejeito de ardósia e em programas de
restauração de áreas degradadas no Cerrado. O efetivo uso deste procedimento contribuirá
para minimizar os impactos ambientais da atividade de extração de ardósia, dando um novo
destino a este rejeito, bem como para a melhoria da fertilidade do solo. A técnica de rochagem
foi aplicada em uma pilha de rejeito de ardósia recém finalizada em outro experimento. O
substrato de recobrimento da pilha de rejeito foi constituído de solo de Cerrado e pó de
ardósia na proporção de 7:3. A sobrevivência e o crescimento em altura e diâmetro à altura do
solo de 400 plantas foram monitorados por cinco anos consecutivos. Cerca de 60% das
espécies apresentaram altas taxas de sobrevivência e crescimento em altura. Os resultados
indicam que o pó de ardósia pode ser usado como parte do substrato de recobrimento das
pilhas. Além disto, as espécies estudadas apresentam grande potencial de uso em programas
de restauração de áreas degradadas no cerrado. Finalmente, a técnica de rochagem pode
xi
também ajudar a reduzir os impactos negativos causados pelo acúmulo de resíduos finos
provenientes do processo de extração e beneficiamento da ardósia quando aplicada em larga
escala. Em outro estudo objetivou-se avaliar os fatores abióticos e bióticos que influenciam o
processo de decomposição da serapilheira em sítios de diferentes estádios sucessionais no
Cerrado. Foram utilizadas 40 bolsas decompositoras, com 20g de serapilheira, em três sítios
de diferentes estádios sucessionais (Início, Avançado e Controle). Os sítios em estádios
sucessionais mais avançados foram aqueles que apresentaram maior percentual de umidade do
solo. A porcentagem de decomposição da serapilheira, após 365 dias, variou de 10,7 a 56,4 %
e foi diretamente correlacionada ao estádio sucessional dos sítios. O coeficiente de
decomposição (K) apresentou valor superior no sítio em estágio avançado de sucessão
(K=0,83) em relação ao sítio controle (K=0,64), indicando que a micro e mesofauna do solo já
se encontram em processo de restauração das propriedades biológicas do solo. Os resultados
indicaram que as interações dos fatores abióticos e bióticos, que regulam a funcionalidade dos
ecossistemas florestais, e o estádio sucessional (microambiente) atuaram diretamente na
velocidade de decomposição da serapilheira. Outro estudo buscou entender o papel dos
fungos solubilizadores de fosfatos e os celulolíticos nos diferentes ambientes sucessionais
estudados anteriormente. Foram coletadas, trimestralmente, quatro amostras compostas nos
três sítios de diferentes estádios sucessionais (Início, Avançado e Controle). O número de
Unidades Formadoras de Colônias (UFC’s) variou significativamente ao longo do estudo e
entre os estádios sucessionais para os fungos solubilizadores de fosfato e celulolíticos. O
aumento da complexidade ambiental e a sazonalidade afetaram diretamente a comunidade de
fungos solubilizadores de fostatos e degradadores de celulose. Assim, os fungos
solubilizadores de fosfato e celulolíticos podem servir como indicadores biológicos para a
compreensão da estabilidade e da produtividade dos ambientes. O sítio em estágio inicial de
sucessão está em processo de restauração ecológica, mas ainda distante das condições
consideradas naturais. Contudo, o sítio que apresentou vegetação em processo de estruturação
vertical, em estádio avançado de sucessão, apresentou valores semelhantes aos encontrados
em condições naturais. Em resumo, o estudo indica a grande viabilidade da utilização do pó
de ardósia na restauração ecológica das pilhas de rejeitos de ardósia, bem como indicam as
espécies com maior potencial para serem utilizadas. Além disto, evidencia que a avaliação da
decomposição da serapilheira bem como a comunidade fúngica solubilizadora de fosfato e
celulolítica podem ser utilizadas como ferramentas para a avaliação da restauração ecológica
de ambientes degradados.
Palavras chave: Bioindicadores, Restauração Ecológi ca, Rochagem
xii
Abstract
Title: Restoration of degraded areas for the extraction of slate, using their waste in the municipality of Papagaio, Minas Gerais Author: Valéria Lúcia de Oliveira Freitas Adviser: Geraldo Wilson Fernandes
The Brazilian Cerrado is suffering increasingly with human actions, and mining is one of the
sources of degradation. The negative impacts of mining activity are evident and include the
complete disruption of the soil, removal of vegetation, removal of seed and seedlings banks,
landscape change, habitat fragmentation and accumulation of tailings from mining activity.
The greatest productive pole slate in Brazil is located in central Minas Gerais. It is known as
the Local Productive Arrangement (APL) Slate and comprises an area of 7,000 km2. The
main objective of this study was to establish a protocol for restoration for restoration of areas
degraded by mining slate, with the emphasis on the use of their waste, and establish metrics to
monitor the process of ecological restoration of these areas and select bioindicators of the
restoration process. Initially, we studied the responses in growth and survival of seven species
native to the Cerrado, of different vegetation types, planted in experimental plots. The
addition of powdered slate to the substrate increased the concentration of Mg, P and K on the
substrate. The species showed survival rates superior to 85%. The data indicate that can be
used as part of the substrate covering the piles. Moreover, these species have great potential
use for the restoration of degraded areas in the Cerrado. The effective use of this procedure
will help to minimize the environmental impacts of extraction of slate, giving a new
destination for this waste and to improve soil fertility. The stonemeal techinique was applied
in a pile of refuse slate recently completed in another experiment. The substrate coating stack
tailings consisted of Cerrado soil and slate powder in the ratio of seven:three. The survival
and growth in height and basal diameter of 400 plants were monitored for five consecutive
years. 60% of species had high survival rates and growth in height. The results indicate that
the powdered slate can be used as part of the substrate covering the piles. Moreover, these
species have great potential use for the restoration of degraded areas in the Cerrado. Finally,
the stonemeal technique can also help reduce the negative impacts caused by the
accumulation of fine-grained waste from the process of extracting and processing slate when
applied on a large scale. In another study aimed to assess the abiotic and biotic factors that
influence the process of decomposition of litter in sites of different successional stages in the
Cerrado. We used 40 litter bags, with 20g of litter in the three sites which are at different
xiii
successional stages (Beginning, Advanced and Control). A total of six visits were made for
the collection of six bags per site. The sites in more developed were those that showed the
highest percentage of soil moisture. The percentage of decomposition of litter after 365 days
ranged from 10.7 to 56.4% and was directly correlated to the successional stage of the sites.
The decomposition coefficient (K) showed a higher value than the site in advanced sequence
(K = 0.83) compared to the control site (K = 0.64), indicating that micro-and mesofauna of
the soil are already in process restoration biological properties of the soil. The results
indicated that the interactions of abiotic and biotic factors, which regulate the function of
forest ecosystems, and successional stage (microenvironment) acted directly on the litter
decomposition rate. Another study sought to understand the role of phosphate solubilizing and
cellulolytic fungi in different successional environments previously stidied. Were collected on
a quarterly basis, four composite samples in the three sites are at different successional stages
(Beginning, Advanced and Control). The number of Colony Forming Units (CFU's) varied
significantly throughout the study and among stages for phosphate solubilizing and
cellulolytic fungi. The increasing of environmental complexity and seasonality directly
affected the fungal community of phosphates solubilizing and cellulose degraders. Thus, the
phosphate solubilising and cellulolytic fungus can serve as indicators for understanding the
biological stability and the productivity of environments. The site in early stages of
succession is in the process of ecological restoration, but still far from natural conditions
considered. However, the site showed that vegetation in the process of vertical structure, in
advanced stages of succession, showed values similar to those found under natural conditions.
In summary, the study indicates the feasibility of using large slate powder in ecological
restoration of the tailings piles of slate, as well as indicate the species with the potential to be
used. Furthermore, evaluation shows that the decomposition of the litter as well as the
solubilizing of phosphate and cellulolytic community fungal and can be used as tools for
evaluating the environmental restoration of degraded areas.
Key words: Bioindicatiors, Ecological Restoration, Stonemeal
1
Capítulo 1
APRESENTAÇÃO
1 INTRODUÇÃO GERAL
Um dos grandes problemas na atualidade é o processo de degradação dos ecossistemas
naturais devido à expansão das fronteiras agropecuárias, atividades minerárias e
crescimento urbano. Este processo causa a diminuição da biodiversidade (Mantovani &
Pereira, 1998), fragmentação de ecossistemas, transformações na paisagem (Metzger,
1999), além de causar alterações nas relações interespecíficas e aumento das áreas
degradadas (Reis et al., 2006). Estas áreas apresentam diferentes níveis de degradação. No
estado de Minas Gerais a situação não é diferente do cenário nacional. Além da expansão
do agronegócio o Estado apresenta uma riqueza mineral expressiva. Assim, estudos que
têm como objetivo a restauração de áreas degradadas são cada vez mais importantes.
Contudo, ainda são escassas as informações técnicas sobre a ecofisiologia e o
desenvolvimento inicial das espécies, principalmente as do cerrado (Felfili et al., 2000). Além
disto, estudos revelam diferenças significativas no desenvolvimento inicial de espécies de
diferentes ambientes (Haridasan, 2005; Hoffmann, 2005; Hoffmann & Franco, 2003),
indicando ser este um assunto complexo.
Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do Arranjo Produtivo Local de Ardósia (APL
Ardósia) no Estado de Minas Gerais. Suas ações encontram-se em consonância com o
“Programa Rede Estadual das Tecnologias dos Minerais – Pólo de Excelência Mineral e
Metalúrgico” da Secretaria de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – SECTES e estão
pautadas no apoio à pequena e média empresa de mineração, nos minerais industriais e no
aproveitamento de rejeitos.
O estudo buscou uma ação integrada com os mineradores e suas associações visando o
desenvolvimento e/ou adequação tecnológica de práticas voltadas para a melhoria da
qualidade ambiental no APL Ardósia. Ainda, teve como ênfase a recomposição da cobertura
vegetal em áreas degradadas e o aproveitamento de rejeitos. Estas ações irão contribuir
para o desenvolvimento de competências, promovendo a sinergia de esforços na busca de
soluções de problemas ambientais visando a utilização de práticas mais sustentáveis do
setor produtivo.
A difusão e a aplicação de tecnologias inovadoras na restauração ecológica de áreas
degradadas utilizando rejeitos de lavra, quando implementadas em grande escala, irão
minimizar os impactos ambientais negativos gerados pelo acúmulo e disposição do pó de
ardósia em curto prazo, ou até mesmo eliminá-los, em longo prazo, com a possível
indicação do pó de ardósia como fertilizante.
2
O presente trabalho é um experimento pioneiro na utilização de pó de ardósia como parte do
substrato de recobrimento das pilhas de rejeito, além de fornecer subsídios para o
desenvolvimento de projetos de restauração de áreas degradadas no Cerrado pela extração
de ardósia. Também visa a indicação do uso de rejeitos, oriundos da extração e
beneficiamento desta rocha, como matéria prima de enriquecimento dos solos
empobrecidos e degradados por meio da técnica de rochagem.
1.1 OBJETIVOS
Objetivo Geral
Fornecer subisídios para a restauração de pilhas de rejeitos da extração de ardósia, tendo
como ênfase a utilização do pó de ardósia na composição do substrato.
Objetivos Específicos
• Avaliar a taxa de sobrevivência de espécies nativas do Cerrado, de diferentes grupos
fitofisionômicos em pilha de rejeito de ardósia;
• Avaliar as taxas de desenvolvimento (incremento médio em altura e diâmetro) de
espécies nativas do Cerrado, de diferentes grupos fitofisionômicos, em pilha de
rejeito de ardósia;
• Avaliar a relação entre o desenvolvimento em altura de espécies nativas do Cerrado
de diferentes grupos fitofisionômicos;
• Avaliar o potencial de utilização do pó de ardósia no enriquecimento e restauração
do solo do Cerrado;
• Indicar espécies com maior potencial para a utilização na restauração de áreas
degradadas, levando em consideração sua taxa de sobrevivência e desenvolvimento
inicial;
• Identificar bioindicadores de restauração de áreas degradadas no Cerrado.
Hipóteses
• A utilização de espécies nativas acelera o processo de restauração de áreas
degradadas;
• A utilização de espécies de formação florestal na fase inicial de restauração de áreas
degradadas proporciona maior rapidez no estabelecimento do extrato arbóreo
facilitando o retorno das condições edáficas na área e a proteção do solo contra os
processos erosivos;
• Os bioindicadores podem ser utilizados para verificar o sucesso do processo de
restauração ecológica de áreas degradadas no Cerrado;
3
• O pó de ardósia, devido a sua composição química, pode ser utilizado na
restauração de áreas degradadas favorecendo o crescimento das espécies arbóreas
nativas do Cerrado.
1.2 BIOMA CERRADO E A RESTAURAÇÃO ECOLÓGICA
O Cerrado é a maior savana neotropical do mundo, destacando-se pela grande
expressividade e diferentes unidades fitofisionômicas (AMBIENTE BRASIL, 2005).
Originalmente, o Cerrado brasileiro cobria cerca de 23% do território nacional, sendo o
segundo maior bioma do Brasil (Ratter et al., 1997; Coutinho, 2002). Todavia, a vegetação
desse bioma está restrita a somente 20% de área total com remanescentes que se
encontram cada vez mais fragmentados e degradados. Apenas 0,85% desses
remanescentes encontram-se protegidos em Unidades de Conservação que não
conseguem garantir a conservação deste bioma (MMA, 2002).
As transformações ocorridas nesse bioma, ao longo dos anos, trouxeram grandes danos
ambientais – fragmentação de habitats, diminuição da biodiversidade, invasão de espécies
exóticas, erosão dos solos, poluição de aqüíferos, degradação de ecossistemas, alterações
nos regimes de queimadas, desequilíbrios no ciclo do carbono e, possivelmente,
modificações climáticas regionais (Klink & Machado, 2005). Conseqüentemente, esse
processo causa a alteração da paisagem resultando mudanças na composição e
diversidade das comunidades (Metzger, 1999).
Esses fatores, juntamente com sua enorme biodiversidade e alto grau de endemismo,
levaram o Cerrado a ser considerado um dos 34 hotspots mundiais mais ricos em
biodiversidade a altamente ameaçados de extinção (Mittermeier et al., 2005). Apesar dos
esforços internacionais para a conservação desse bioma, o desmatamento, as queimadas
para a expansão da agricultura e pecuária, a exploração extrativista das espécies vegetais e
a exploração dos recursos minerais continuam em ritmo acelerado (Kobiyama et al., 2001).
Se mantida a atual taxa de desmatamento, cerca de 2,2 milhões de hectares por ano, em
meados de 2030, a vegetação do Cerrado poderá ter sido completamente modificada
restando apenas as áreas protegidas por lei, impróprias ao desenvolvimento do agronegócio
e à ocupação antrópica (Machado et al., 2004).
Nos últimos anos, em função da preocupação crescente com o manejo ambiental, as
legislações têm procurado caracterizar problemas de conceituação e ações que envolvam a
restauração de ecossistemas degradados. Neste trabalho utilizaremos o conceito de
restauração ecológica como sendo o processo de assistir a recuperação de um ecossistema
que foi degradado, perturbado ou destruído (SER, 2004). Alguns pesquisadores consideram
que o processo de restauração seja uma utopia, pois, nunca será possível refazer um
ecossistema com toda a sua biodiversidade original. Contudo, o que se busca na
restauração é recuperar a estabilidade e integridade biológica recriando comunidades
ecologicamente viáveis de uma maneira assistida e direcionada (Englel & Parrota, 2003;
Reis et al. 2006). Entretanto, podemos considerar que o principal objetivo da restauração é o
4
de “ajudar a natureza se recompor, de forma que os processos sucessionais ocorram na
área degradada”, recompondo uma biodiversidade compatível com o clima regional e com
as potencialidades locais do solo (Reis et al., 2006).
Assim, sempre que a ação humana permitir evidente aumento da resiliência ambiental, este
processo deve ser encarado como restauração, pelo fato de estar ajudando a natureza a
refazer um ecossistema, seja ele semelhante ou não ao anterior, uma vez que a
fitofisionomia deverá ser muito semelhante (Reis et al., 2006). Portanto, restauração, de
acordo com o conceito de estabilidade de Pimm (1991), representa uma área com forte
dinamismo sucessional, do solo, da flora, fauna e microrganismos locais.
Um dos processos responsáveis pela restauração ecológica de uma área degradada é a
sucessão natural, que poderá reintegrar a área à sua paisagem original. Os fatores que
influenciam este processo são: disponibilidade de banco de sementes e de plântulas do
solo, a proximidade com áreas de remanescentes de vegetação, funcionando como fonte de
propágulos, a intensidade e frequência dos distúrbios sofridos, as condições ambientais
atuais, como características do substrato, disponibilidade hídrica, as espécies e suas
respectivas ordens de chegada à área degradada (Reis et al., 2006).
Considerando que a restauração é aplicada sobre áreas degradadas, ou seja, áreas pobres
em nutrientes para os seres vivos, a sucessão é considerada como o processo básico para
a recomposição dos níveis tróficos (Reis et al., 2006). Deste modo, os estudos de
levantamento florístico e fitossociológico de remanescentes florestais das áreas
circunvizinhas às áreas degradadas constituem o primeiro passo para a compreensão da
estrutura da comunidade e obtenção de dados da fenologia das espécies. A partir destes
resultados, é possível selecionar as espécies que darão início ao processo de sucessão
tendo em vista as restrições locais, condicionadas pelas alterações químicas, físicas e
biológicas do solo e, ao mesmo tempo, capazes de apresentar o maior número possível de
interações bióticas (Reis et al., 2006). Contudo, ainda existem certas limitações acerca do
uso de espécies nativas, devido à ausência de conhecimento de suas características
silviculturais (Campello, 1998).
A utilização de espécies nativas para a recomposição da cobertura vegetal é o mais
indicado por estas estarem mais adaptadas às condições locais, garantindo, desta forma, o
equilíbrio biológico entre a dinâmica do solo e o clima regional, além de maiores
possibilidades de sucesso do projeto implantado (Jordan, 1985; Klein, 1966 apud Britez et
al., 1992). A recomposição vegetal utilizando espécies nativas procura reconstituir a
estrutura e a composição da vegetação anterior, levando em consideração a diversidade de
espécies e também a diversidade genética das populações. Dessa maneira, este processo
pode ser considerado como uma sucessão secundária induzida (Gonçalves et al., 1991).
Para um melhor resultado no processo de recomposição da cobertura vegetal as espécies a
serem utilizadas devem apresentar algumas características fundamentais, tais como:
crescimento rápido, sistema radicular bem desenvolvido, copa larga e densa, boa deposição
de matéria orgânica do solo e rusticidade (Santos, 1991).
5
Os projetos que visam à restauração ecológica podem ser planejados de formas distintas.
Contudo, o primeiro passo é a avaliação das condições existentes na área degradada com o
objetivo de identificar as dificuldades e estabelecer as estratégias e metodologias mais
adequadas (Fundação Florestal, 2004). Na literatura são citadas diversas metodologias
como a semeadura direta, plantio em linhas, adensamento (Fundação Florestal, 2004),
nucleação, transposição de solo e de plântulas (Reis et al., 2006). A semeadura direta é
uma prática comum nos Estados Unidos, contudo, pouco implantada na América Latina
(Mattei & Rosenthal, 2002). Também ainda são poucos os trabalhos que tem como objetivo
comparar a eficiência de diferentes metodologias para a restauração ecológica.
A mineração - Seus Problemas Ambientais
Embora seja considerada uma atividade de alto potencial impactante sobre o meio
ambiente, a mineração constitui fonte de riqueza no Brasil há vários séculos representando
um importante segmento da economia nacional (Loes, 1998), atendendo mais de 80% das
exigências da vida moderna (Popp, 1991). O avanço das áreas mineradas, além de
provocar o desmatamento de grandes áreas, altera a topografia da região pela abertura de
cavas, pelo acúmulo de rejeitos e empilhamento de estéreis (Drumond et al., 1997).
Entretanto, a geração de áreas degradadas não é somente uma característica das
atividades de mineração, mas também, da agropecuária, indústria, urbanização e outras
atividades, porém a degradação de áreas pela mineração é mais intensa e mais evidente
(Brandt, 1998).
Cabe-se ressaltar que os impactos causados pela mineração atingem uma área de
influência muito maior do que a área de lavra, causando o comprometimento de recursos
hídricos em toda a bacia (Dias, 1998). Na maioria das vezes, as atividades de mineração
ocasionam erosão do solo devido ao desmatamento e a exposição do substrato. Além disso,
geram grandes contingentes de estéreis e/ou “bota-foras” quase sempre com altas
concentrações de elementos tóxicos ou geradores de estresses ambientais (Balensiefer,
1998).
Em geral, os solos das áreas de “bota-fora” apresentam um grau de compactação muito
alto, o que prejudica o desenvolvimento das raízes, reduz a infiltração de água no solo e
aumenta o escoamento superficial ocasionando o processo de erosão (IBRAM, 1992). Além
disso, frequentemente contém concentrações de cobre, chumbo, zinco ou arsênio com o
excesso de 1.000 ppm, o que é tóxico para a maioria das plantas (Ricklefs, 1996). Deste
modo, faz-se necessária a intervenção técnica na busca do restabelecimento de condições
mínimas de estrutura e fertilidade para o desenvolvimento de uma cobertura vegetal
(Campello, 1998). O processo de recuperação de áreas mineradas necessita de profunda e
cautelosa intervenção técnica em busca de condições mínimas de estrutura e fertilidade do
solo para promover o estabelecimento de uma nova cobertura vegetal. Apenas estratégias
desta profundidade promoverão o aumento da diversidade das espécies e retorno dos
mecanismos e processos que governam e mantêm a biodiversidade.
6
Medeiros (1994) afirma que os planos de recuperação de áreas degradadas, geralmente
implementados por grandes projetos impactantes, quase sempre se revelam insuficientes
quanto à proposição de ações mitigadoras dos impactos negativos oriundos das atividades
minerárias. Inicialmente, os conceitos de reabilitação de áreas degradadas baseavam-se no
processo de revegetação apresentando ainda um desenvolvimento tecnológico incipiente
(Brandt, 1998). No Brasil, foram desenvolvidas algumas experiências pioneiras, utilizando
espécies nativas, na área de mineração pela ALCOA – Poços de Caldas, MG.
Ardósia e o Aproveitamento de seus Resíduos
Na década de 70 iniciou-se a extração de ardósia em Minas Gerais, com maior incremento a
partir da década de 80. As atividades ligadas à exploração, beneficiamento e
comercialização, envolvem uma população ativa superior a 8.000 habitantes (Oliveira, 2001
apud CETEC, 2002).
Não obstante a relevância do Estado na produção e exportação de ardósias, a falta de
pesquisa geológica, planejamento de lavra e pesquisa tecnológica aplicada, o baixo valor
agregado a essa matéria-prima e os reduzidos índices de recuperação de placas com
aproveitamento industrial, não ultrapassando a 15% do volume extraído na lavra, são fatores
que contribuem para a geração de impactos ambientais (CETEC, 2002).
Estes fatores contribuem para gerar uma série de problemas ambientais, tais como: as
grandes cavas abertas para a extração, grandes pilhas de estéril (Fig. 1) e rejeitos no
entorno das lavras e das unidades de beneficiamento (“bota-foras”) e os efluentes líquidos
que contêm pó de serragem (Fig. 2). Estes aspectos são mais relevantes como
conseqüência do baixo índice de aproveitamento na atividade de lavra e da não utilização
do material refugado tanto da lavra quanto do beneficiamento (CETEC, 2002).
Dentre as possíveis aplicações dos rejeitos da lavra e do beneficiamento da ardósia
acrescenta-se sua alta potencialidade para aplicação em agregados leves, material
cerâmico, telhas e tijolos, impermeabilização em aterros, dentre outras. Este fato deve-se a
semelhança na composição do pó de ardósia com a argila utilizada em olaria (CETEC,
2002). Seu alto teor em óxidos de ferro aprofunda a cor vermelha da cerâmica e seu alto
teor de álcalis (Na2O e K2O) abaixa o ponto de fusão, facilitando a sinterização e diminuindo
o consumo de energia na queima (Carrusca, 2001).
Agregados leves têm concorrido e, provavelmente, substituirão os agregados comuns na
construção civil, devido às suas características de alta resistência, durabilidade, baixa
absorção, baixo peso específico, resistência ao fogo, gradação de tamanho consistente e
controlado, inalterabilidade, maior estabilidade em pilhas de estoque, entre outras. Estas
características permitem a sua aplicação em concreto estrutural pré-moldado, alvenaria,
geotecnia (contenção de taludes), na impermeabilização de aterros sanitários, asfaltos,
horticultura, projetos paisagísticos, lavanderias (lavagens de jeans). Além desses usos,
existem registros referentes ao uso de ardósia como mineral industrial (CETEC, 2002):
� Indústria de isolantes – matéria-prima alternativa à escória na fabricação de lã de rocha;
7
� Indústria de tintas – pó de ardósia - granulometria entre 200 e 325 mesh -, como carga
na produção de impermeabilizantes, massas para juntas de dilatação e tintas;
� Setor de produtos asfálticos – material de enchimento.
Figura 1 – Detalhe de uma pilha de rejeito de
ardósia, Papagaio, MG.
Figura 2 – Detalhe de efluente líquido contendo pó
de ardósia, Papagaio, MG
Apesar da importância econômica da ardósia, principalmente para o pólo produtor de Minas
Gerais, muito pouco se tem feito quanto à melhoria nos processos de extração e
beneficiamento da ardósia, bem como, quanto a implementação de ações que visem
minimizar os impactos negativos causados ao meio ambiente (CETEC, 2002). Neste
sentido, ainda são necessários estudos aplicados que visem um melhor aproveitamento do
produto, tanto na exploração, quanto no processamento final, além de alternativas de uso no
que diz respeito ao material estéril e rejeitos.
A grande expansão da produção de ardósia, associada à pequena recuperação de áreas
degradadas e aproveitamento de rejeitos, tem conduzido a problemas técnicos e ambientais
que poderão inviabilizar esta atividade, se não forem tomadas medidas em curto prazo. Este
fato, por si só, justifica um esforço por parte da iniciativa privada e órgãos ambientais no
sentido de desenvolver estudos que visem contemplar tais problemas, tendo em vista a
importância econômica da produção e comercialização desse bem mineral.
8
1.3 CARACTERIZAÇÃO DO SÍTIO DE ESTUDO
Localização geográfica
Localizado na zona do Alto do São Francisco, o pólo produtor de ardósia confere ao Estado
de Minas Gerais o título de maior produtor desse bem mineral no Brasil (Oliveira et al.,
2001). Compreende os municípios de Caetanópolis, Curvelo, Felixlândia, Leandro Ferreira,
Martinho Campos, Papagaio, Paraopeba e Pompéu (Fig. 3).
As formações vegetais que ocorrem na região são: o cerrado, as florestas estacionais semi-
decíduas e o campo cerrado. Os solos predonimantes na região pertencem às classes dos
Cambissolos e Latossolos Vermelhos. Segundo a classificação climática de Köppen, o clima
da região é o Cwa – clima temperado úmido, com verão quente e chuvoso e inverno seco.
O estudo foi conduzido em sítios pertencentes à Mineração Capão das Pedras Ltda.
(Micapel), no município de Papagaio (19°42’S, 43°30 ’W), a uma distância média de 150 km
de Belo Horizonte. Os solos predominantes são do tipo Cambissolos. Apresentam-se
moderadamente ácidos (pH = 5,15 ± 0,28), distróficos, deficientes em fósforo, cálcio e
magnésio apresentando pouca disponibilidade de nitrogênio.
Convenções cartográficas
Áre a urb a na
Lim ite inte rmunic ip a l
Dre na g e m
La g oa
Lim ite d a á re a d o p ro je to
Ro d o via
7990000Represa deTrês Marias
p/ TRÊS MARIAS
BR-040
7910000
BR
-135
CURVELO
FELIXLÂNDIA
p/ PRES IDENTE J USCELINO
BR-259
7950000
BR-040POMPÉUp/ ABAETÉ
M G-420
p/ ABAETÉ
7830000
S Ã O P A U L O
G O
I ÁS
B A H I A
BH
M I N A S G E R A I S
LEANDROFERREIRA
p/ PITANGUI
p/ BOM DESPACHO
7870000
p/ SETE LAGOAS
PARAOPEBA
PAPAGAIOS
BR-352
CAETANÓPOLIS
MG-060
MG
-164
p/ MARAVILHAS
p/ CORINTO
BR
- 135
0 km 10 20 km
CAMPOSMARTINHO
E S
R J
BASE CARTOGRÁFICA:
Extraída das folhas Corinto, Morada Nova de Minas, Morro da Graça, Curvelo, Abaeté, Pompéu, Sete Lagoas, Bom Despacho e Pará de Minas (IBGE, Escala 1:100.000).
490000450000 530000 570000
Figura 3 – Mapa de localização dos sítios de estudo.
Descrição dos sítios de estudo
O estudo foi realizado em pilhas de rejeito da extração e beneficiamento da ardósia e em
remanescente de cerrado no período de 2004 a 2010. Estas pilhas são constituídas por
material de capeamento (solo e rocha alterada) e rejeitos de lavra (cacos de rocha fresca),
9
dispostos aleatoriamente. Os sítios avaliados foram submetidos a diferentes formas de
intervenção visando a restauração ecológica de áreas degradadas pela mineração de
ardósia, conforme descrito:
O sítio Início corresponde a uma pilha de rejeito de ardósia onde foram utilizadas as
técnicas de nucleação e semeadura direta de espécies nativas do cerrado para a
recomposição da cobertura vegetal no talude, implementado em novembro de 2007. Esta
área apresenta topo sem cobertura vegetal arbórea e arbustiva e não apresenta
serapilheira. Poucos indivíduos encontram-se florescendo e frutificando. Este sítio encontra-
se em estádio inicial de sucessão.
O sítio Avançado corresponde à pilha de rejeitos onde foi implementado um projeto de
recomposição da vegetação com espécies nativas do cerrado em janeiro de 2004. Está área
encontra-se em estágio de sucessão mais avançado com indivíduos adultos florescendo e
frutificando e com serapilheira evidente. A área ainda apresenta algumas clareiras onde
ocorre colonização por gramíneas. O modelo de recomposição da cobertura vegetal foi o de
plantio em linhas alternadas de espécies pioneiras e não pioneiras em toda a extensão da
pilha, ou seja, topo e talude. Este sítio encontra-se em estádio avançado de sucessão.
O sítio Controle apresenta vegetação típica de cerrado com estratificação da vegetação e
alta diversidade. As espécies mais comuns são Astronium fraxinifolium (gonçalo-alves),
Myracrodruon urundeuva (aroeira), Handroanthus ochraceus (ipê amarelo), Caryocar
brasiliense (pequi), Dimorphandra mollis (faveira), Peltophorun dubium (farinha-seca),
Stryphnodendron adstringens (barbatimão), Bowdichia virgilioides (sucupira), Eugenia
dysenterica (cagaita), Guazuma ulmifolia (mutambo), entre muitas outras.
2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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10
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12
Capítulo 2
INITIAL GROWTH OF CERRADO TREE SPECIES IN SUBSTRATES ENRICHED WITH STONEMEAL
Artigo submetido ao Brazilian Journal of Biology em dezembro/2011.
Formatação de acordo com as normas da revista.
13
Initial growth of Cerrado tree species in substrates enriched with stonemeal
Freitas, VLO.a*and Fernandes, GW.b
a Setor de Recursos da Terra, Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais – Cetec/MG,
CEP 31035-536, Belo Horizonte, MG, Brazil
b Departamento de Biologia Geral – Instituto de Ciências Biológicas – ICB,
Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG, CEP 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brazil
∗ e-mail:[email protected]; [email protected]
(with 5 figures)
14
Initial growth of Cerrado species with stonemeal
Abstract
The stonemeal technique is considered a strategical, cheap, and ecologically correct
alternative for the restoration of lixiviated soil. This technique improves the essential fertility
characteristics of the soils and increases the availability of nutrients needed for the
development of the plants. In the present study we evaluate the responses of seven Cerrado
tree species to the addition of slate dust in the soil at different concentrations. Tree survival
rate, basal diameter, height, canopy area, and ratio canopy diameter/tree height were
measured on samplings 30 days after planting, while the other measurements were carried out
bimonthly during thirteen months, totaling seven measurements. The addition of slate dust to
the substrate increased the concentration of Mg, from four to seven-fold, P increased three-
fold, while the concentration of K increased 40-fold. Tree sampling survival rates was
superior to 75% but were similar among the different treatments. The variables studied were
capable of separating the species according to the respective environments where they occupy
naturally. Tree species from Cerradão were more responsive to stonemeal addition than de
other groups. We suggest the use of slate dust as a constituent of the substrate to cover the
slate piles waste. We also propose this use in the restoration of degraded areas in the Cerrado
vegetation, hence contributing to minimize the environmental impacts of extraction of slate,
as well as improving soil fertility.
Keywords: Cerrado soils, plant differential development, environmental restoration, plant
growth.
Desenvolvimento inicial de espécies arbóreas do cerrado em substratos com adição de pó
de rocha
Resumo
A técnica de rochagem é considerada uma alternativa estratégica, barata e ecologicamente
correta para a restauração de solos lixiviados. Esta técnica melhora as características
15
essenciais de fertilidade dos solos e aumenta a disponibilidade de nutrientes necessários para
o desenvolvimento das plantas. No presente estudo nós avaliamos as respostas de sete
espécies de árvores do Cerrado para a adição de pó de ardósia no solo em diferentes
concentrações. A taxa de sobrevivência, diâmetro basal, altura, área de copa e relação
diâmetro da copa/altura foram medidas um mês após o plantio e as demais bimestralmente,
durante 13 meses, totalizando sete mensurações. A adição do pó de ardósia ao substrato
aumentou a concentração de Mg, em quatro a sete vezes, de P, em três vezes, e K, em 40
vezes. As taxas de sobrevivências das espécies estudadas foram superiores a 75% e
semelhantes entre os tratamentos. As variáveis mensuradas foram capazes de separar as
espécies em seus respectivos ambientes onde ocorrem naturalmente. As espécies do Cerradão
responderam melhor à adição do pó de rocha que as dos outros grupos. Sugerimos a utilização
de pó de ardósia como parte constituinte do substrato para cobrir as pilhas de rejeito de
ardósia. Ainda propomos o seu uso na restauração de áreas degradadas no Cerrado,
contribuindo assim para minimizar os impactos ambientais da extração de ardósia, bem como
para a melhoria da fertilidade do solo.
Palavras-chave: crescimento de plantas, desenvolvimento diferencial de plantas, restauração
ambiental, solos do Cerrado
16
1. Introduction
Cerrado encompasses diverse physiognomic forms, varying from open grasslands to dense
woodlands (Ribeiro and Walter, 1998). Despite their great diversity and is considered one of
the 34 hotspots (Mittermeier et al. 2004) the Cerrado is increasingly reduced due to various
human activities. Mining is one of the major sources of degradation in this biome. The
Cerrado soils are acidic with low CEC and have high levels of Al saturation (Furley and
Ratter, 1988) and presenting nutritional deficiencies. The low fertility is considered limiting
for Cerrado plant growth (Kamprath and Foy, 1985; Ribeiro and Fernandes, 2000; Motta et
al., 2002). The presence of high levels of Al saturation can lead to reduced absorption of
macronutrients P, K, Ca and Mg (Mendonça et al., 2003) and several other nutrients (Rengel
and Robinson, 1989), in addition to interfere with the assimilation and efficiency in the use of
nitrates and sulfates (Cambraia, 2009). Acidic soils are able to potentiate the toxic effects of
Al while Mn decrease the concentration of the cations Mg, Ca and K by changing the
solubility of Mo and P and increased lixiviation of soil nutrients (Cambraia, 2009). Other
elements found at low concentration in the Cerrado soil can directly influence the
development of plant species, such as Ca (Vale et al., 1996; Motta et al., 2002), Mg (Tan and
Keltjens, 1995) and P deficiency (McLaughlin and James, 1991; Motta et al., 2002).
Nutrient limitation in the Cerrado soils can be minimized by the use of agricultural
stonemeal method, which consists in the incorporation of ground rock or rock dust
(Leonardos et al., 1976). Its application can be used to restore the natural inorganic
components (Martins, 2001) and a fraction of weatherable minerals (von Osterroht, 2003) of
the lixiviated soils. The stonemeal technique is considered a strategical, cheap and
ecologically correct alternative for the restoration of lixiviated soils, improving the essential
fertile characteristics to the soils and increasing the availability of necessary nutrients for the
development of plants (Fyfe et al., 2006) without the use of agrochemicals (Theodoro, 2003).
17
Since the early nineteenth century the researcher J. Hensel already envisioned the
possibility of using rock dust in agriculture (Pinheiro, 2003). The results of research carried
out in Brazil since the late 60, in subsistence agriculture in less favored regions, has
confirmed its economic viability, ecological and productive technique proven by cost/benefit
analysis on a variety of cultures (Theodoro and Leonardos, 2006). In spite of it, there are few
studies on the application of such technique for ecological restoration of degraded areas.
To test the use of stonemeal for initial development of cerrado species and establish our
use in the restoration of degraded areas, as well as in commercial plantations, plant
development, response and ecophysiological studies must be carried out in the field, and
under controlled laboratory, and semi-controlled conditions. Poor nutritional quality of soils
may impose serious limitations to species, and may vary according to the habitat occupied by
a given species, i.e., cerrado, cerradão, for instance. In this work the initial development of
native species belonging to three distinct cerrado formations was experimentally evaluated
under different concentrations of slate dust in experimental plots.
2. Material and Methods
This study was conducted in experimental plots, in the Fundação Centro Tecnológico de
Minas Gerais (19º53’S and 45º54’W, altitude of 838 m) in Belo Horizonte, Minas Gerais,
Brazil. The climate is Cwa, according to the Köppen, with average annual rainfall of 1490
mm.
To test the effect of slate dust on the initial growth, seven tree species were chosen for the
study. Species were selected according to seed and seedlings availability and separated
according to the cerrado formation where they are most abundant: two cerradão woodland
species, Myracrodruon urundeuva Fr.All. (Anacardiaceae) and Peltophorum dubium (Spreng.)
Taub.(Caesalpinaceae); three cerrado s.s. species, Brosimum gaudichaudii Tec. (Moraceae),
Eugenia dysenterica DC. (Myrtaceae) and Hymenaea stigonocarpa Mart.ex Hayne
(Caesalpinaceae); and two species that are common to the both cerradão and cerrado s.s.,
18
Lafoensia pacari St.Hil. (Lythraceae) and Magonia pubescens St.Hil. (Sapindaceae). The
definitions of vegetation types are according to Oliveira-Filho and Ratter (2001).
Mature seeds collected from at least 10 individuals of each species in the municipality of
Papagaio (19°42’S, 43°30’W), Minas Gerais, Brazil. Physical dormancy imposed by hard
seed coat was broken by mechanical scarification using sandpaper # 120, for Peltophorum
dubium and Hymenaea stigonocarpa. Afterwards, seeds were disinfected with sodium
hypochlorite 5% for 15 minutes and then washed water for 10 minutes. After these procedures
seeds were placed in germination boxes on filter paper moistened with distilled water and
kept in a germination chamber at 25°C constant temperature and a 12-hour photoperiod
(Lopes et al. 2010).
As a share of the substrate used in the experimental plots were used cerrado soil collected
from the top 30 cm of the soil profile. For evaluation of soil chemical and physical properties,
10 random subsamples were used per treatment (Santos et al., 2005). The slate dust was also
chemically characterized. At the beginning and end of the experiment (426 days), substrate
samples were analyzed at the Laboratory of the Instituto Mineiro de Agropecuária – IMA,
according to the methodology described in EMBRAPA (1997).
To evaluate the initial growth of the tree species, four experimental plots were established
using different compositions of the substrate in May 2003. Plots were installed in concrete
area, with dimensions of 8.0 x 2.0 x 1.0 m, in an attempt to eliminate the interference of the in
situ soil. Four treatments were established: treatment 1 (shard + soil) – 20cm shard of slate
from the beneficiation process, covered with 80 cm of soil (Cerrado soil); treatment 2 (shard +
soil (9) + slate dust (1)) - 20 cm shard of slate covered with 80 cm of soil mixed with slate
dust, predominantly composed of ultra fine material in the fraction below 38 mm (400 mesh
Tyler) at a ratio of 9 parts soil to 1 part slate dust; treatment 3 (shard + soil (7) + slate dust
(3)) - 20 cm shard of slate covered with 80 cm of soil mixed with slate dust in the proportion
of 7 parts soil to 3 parts slate dust; treatment 4 (control) - 100 cm of Cerrado soil, control plot.
19
Eight 5-month-old seedlings of each species were planted per treatment, in an
experimental randon design (7 species x 4 treatments x 8 replicates), with a minimum distance
of 0.2 m from each other. Plants were grown under treatment conditions from May/2003 to
June/2004 (426 days). Seven measurements were made at same time interval from each
treatment. The variables survival rate, basal diameter of the stem, height and canopy area
[(largest diameter/2 x largest transversal diameter/2)*π] were measured after one month
planting, while the others were carried out bimonthly during thirteen months (n = 7
measurements). Stem diameter was measured with a caliper (mm) while height and canopy
area were measured using a millimeter ruler. Relative growth rates (RGR) were obtained for
each plant and averaged per species, according to the formula:
10005.0
−
∆=
t
MiMfRGR
where Mf is the final measurement, Mi is the initial measurement, and ∆t is the difference in
months between the two measurements (Zamith and Scarano, 2006).
The data basal diameter of the stem, height and canopy area were submitted to the Bartlett
test to check to homogeneity of the variance. After, repeated measures ANOVA was done to
check for statistical differences between the averages tested and a posteriori Tukey test was
performed in order to compare mean values, at 5% probability level.
3. Results and Discussion
Substrate properties
There were no differences between the pH values of treatments (Table 1). The soils were
considered moderately alkaline (CFSEMG, 1999), which in agronomic terms, indicates very
high pH (7.1 to 8.3). The treatments differed in their chemical and physical properties.
Marked differences were observed in the concentration of P, K, and Mg2+. When compared to
the control treatment, the addition of slate dust on the substrate increased the concentration of
Mg between four to seven-fold, the concentration of P increased three-fold, while the
20
concentration of K increased 40-fold (Table 1). The samples had a medium textural
composition and low organic matter content. The slate dust was strongly alkaline (pH> 8.0).
The content of available P and K average value assimilated was very low, being below the
level of organic matter (Table 1). Granulometrically, slate dust was being made almost
exclusively by fine sand and silt, with minimal fractions of sand and clay (Table 1). The
results indicate that the addition of slate dust contributed to the improvement of the chemical
substrate.
Insert Table 1
Survival
Survival rates of the tree species did not differ significantly between the different
treatments (F (3.16) = 1.20, p <0.37). Survival ranged from 75 to 100% and approximately 50%
of the species studied had 100% survival at the end of the experiment (Table 2). Drummond et
al. (1997), studying the behavior of forest species in fine tailings mining of copper, found that
most species did not respond to different compositions of substrate. Survival rates of native
species of the Cerrado in the initial period of restoration of degraded areas which are equal to
or greater than 80% are considered high (Corrêa and Cardoso, 1998; Souza, 2002; Oliveira,
2006; Silva, 2006). The abiotic conditions in initial restoration period are extremely
unfavorable to the establishment of woody plant species, which can reduce their survival. The
values found here were higher than those reported in the literature cited above, hence
confirming that the dust slate does not have or present very low levels of toxic substances that
would cause damage to seedlings.
Insert Table 2
Growth
All species studied showed no significant differences in basal diameter (BD) among
treatments (F (3.220) = 0.78; p <0.51). The highest values of development were observed from
November (160 days after implantation of the experiment), at the beginning of the rainy
21
season (Figure 1). To BD relative growth rate (RGR), per species, there were no significant
differences among treatments (F (18.196) = 0.75; p <0.75). The Cerradão species had higher BD
RGR (F (2.212) = 132.90; p <0.0001) when compared to species of the other Cerrado
formations (Figure 2). During the experimental period, the negative result of the reduction and
RGR of the variable BD was probably due to the accumulation of sediment near the stem.
Insert Figure 1
Insert Figure 2
Tree height was not influenced by treatments (F (3.220) = 0.10; p <0.96). The highest values
in tree height were observed in January (250 days after planting), coinciding with the peak of
the rainy season (Figure 3). In the last month of observation, Jun/04, the growth of
Peltophorum dubium was statistically different among treatments (Figure 3). Brosimum
gaudichaudii presented a significant increment in growth starting in November (160 days after
implantation of the experiment). The highest developments were found in treatments with the
addition of dust slate (Figure 3), probably due to release of macro and micronutrients present
in the dust (eg P, K, and Mg). The height relative growth rate (RGR) was not statistically
significant among treatments (F (3.220) = 0.29; p <0.82). However, this variable was able to
separate species by environment (F (2.212) =54.31; p <0.0001), where the Cerradão species
showed the highest values, followed by Cerradão/Cerrado, and Cerrado (Figure 4). The range
observed for this variable can be explained by the morphological, developmental and adaptive
differences between species due to genetic differences.
Insert Figure 3
Insert Figure 4
The species showing the greatest BD and height RGR were also those that have attained
the highest final values of BD and heigth. For instance, the early development of the Cerrado
native species studied by Silva (2007), in a mined area in Distrito Federal, after 22 months of
observation, had final height lower than the maximum observed in our study. Hence the slate
22
dust we used may have contributed to the further development of Cerrado species. It also
indicates that the chemical changes in soil quality were improved with the addition of slate
dust.
The treatments did not interfere significantly in the canopy area of the studied species (F
(3.220) = 0.59; p <0.62). The canopy area was directly influenced by the environment occupied
by a given species (F (3.212) = 201.93; p <0.0001), and the Cerradão species had higher canopy
area when compared to the other species (Figure 5). These results indicate the potential use of
Cerradão species in the restoration of degraded Cerrado areas because of its rapid initial
growth and rapid covering of the soil. Rapid growth can assist in curbing the erosion
processes and provide increased water retention capacity into the soil. The investment of the
species in biomass production can be assessed by measurement of the canopy area. The
biomass produced contributes to a greater availability of soil nutrients (Rode, 1995), and
provide soil cover and shading (Barbosa et al., 1997). Decreases in canopy area were usually
due to a rhythm of leaf fall associated with seasonal climate or breaking of branches, directly
influencing all variables and in particular the area of canopy species (Figure 5), indicating that
this is an intrinsic characteristic (Wright and Cornejo, 1990; Felfili et al., 1999; Ramos et al.,
2004). The canopy area RGR showed no significant differences among treatments (F (3.220) =
0.77; p = 0.51). However, Cerradão species showed significantly higher values than trees
from any other environments (F (3.212) = 16.06; p <0.0001).
Insert Figure 5
Despite the daily irrigation of the experiments, during the rainy season there was a greater
early growth of the species in all allometric variables studied, confirming that the dry season
acts as a limiting factor for growth of the species.
Cerradão species presented higher growth than the cerrado species. However, Silva (2007)
showed no significant difference in the increment of BD and height between groups of
Cerrado species and seasonal forests. In general, Cerrado species have different growth
23
patterns of the forest species (Hoffmann and Franco, 2003), regardless of the development
strategy used. Initially, this pattern may reflect a greater investment in root development -
Cerrado species - and investment in the production of aerial biomass - forest species (Franco,
2005; Haridasan, 2005, Hoffmann, 2005; Negreiros et al., 2009).
Although the species have different nutritional requirements (Boeger et al., 2005,
Negreiros et al., 2009), studies show that low concentrations of Ca, P, Mg, K, B and N
drastically affect plant growth, P and Ca being considered as limiting factors for the
development of most forest species (Mendonça et al., 1999). However, plants in the early
stages of growth have a higher demand for K than in more mature stages (van Straaten, 2007),
because this nutrient is directly related to the vegetative mechanisms, photosynthesis,
translocation and protein synthesis (Taiz and Zeiger, 2004).
For all allometrics the treatments containing dusted slate were not different from control,
although it has been found higher values of P, Mg and especially K than the control treatment.
These results corroborate the work of several researchers, confirming that most tree species
have low requirement of K (Duboc et al., 1996; Valeri et al., 1993; Caron et al., 2007).
4. Conclusion
Although we assessed only a few Cerrado species, we recommend the use of slate dust to
form the substrate of areas degraded by mining in the Cerrado biome, contributing to the
fertilization of soils to contain macro-and microelements important for plant development. It
is worth noting that the elimination of chemical fertilizers will provide a significant decrease
in the cost of programs to restore degraded areas. Finally, stonemeal technique will also help
reduce the negative impacts caused by the accumulation of fine sediments from the extraction
and processing of slate when applied on a large scale.
Acknowledgments
We thank Fabrícia, Tiago e Renata for field assistance. This study was in requisite partial
of V.L.O. Freitas Doctor thesis at Ecology, Conservation and Wildlife Management at the
24
Universidade Federal de Minas Gerais and was conducted with support from Fapemig (EDT
14000/2001; RDP 00048-10) and CNPq (303352/2010-8; 561883/2010-6).
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WRIGHT, SJ. and F.H. CORNEJO, FH., 1990. Seasonal drought and leaf fall in a tropical
forest. Ecology, vol. 77, p. 1165-1175.
30
Table 1. Soil fertility and physical properties of substrate samples in May 2003 and June 2004
(in parentheses).
Parameter Shard +
Cerrado soil
Shard + soil (9)
+ slate dust (1)
Shard + soil (7)
+ slate dust (3)
Control Slate
dust
pH (H2O) 7.1 (8.3) 7.1 (8.3) 7.4 (8.2) 7.9 (8.3) 8.3
Organic mattter (%) 1.69 (1.69) 1.58 (1.48) 1.37 (1.37) 1.69 (1.91) 1.69
P (mg/dm3) 10.8 (12.3) >30 (>30) >30 (>30) 7.9 (>30) 20.0
K (mg/dm3) 59 (38) 210 (97) 260 (164) 71 (71) 130
Ca2+(cmolc/dm3) 4.27 (5.17) 4.93 (4.50) 5.23 (5.01) 4.52 (5.01) 0.38
Mg2+(cmolc/dm3) 0.10 (0.12) 0.44 (0.33) 0.71 (0.57) 0.08 (0.12) 0.60
Al 3+(cmolc/dm3) 0.01 (0.01) 0.01 (0.01) 0.01 (0.01) 0.01 (0.01) 0.01
Al saturation (%) 0.23 (0.19) 0.17 (0.20) 0.16 (0.17) 0.21 (0.19) 1.01
Cation saturation
(%)
86.61 (88.40) 87.37 (88.59) 91.09 (89.88) 87.37 (85.48) 65.62
Efective CEC
(cmolc/dm3)
4.53 (5.39) 5.91 (5.08) 6.62 (6.01) 4.79 (5.32) 1.02
Sand (%) 59.30 47.92 38.66 59.72 60.86
Silt (%) 15.40 24.68 38.86 17.20 35.34
Clay (%) 25.30 27.40 22.48 23.08 3.80
31
Table 2. Survival percentage of seven tree Cerrado species per treatment, 14 months after
planting (n=8).
Treatments Vegetation type / Specie Shard + soil Shard + soil
(9) + slate
dust (1)
Shard + soil
(7) + slate
dust (3)
Control
Cerradão
Myracrodruon urundeuva 100 100 100 100
Peltophorum dubium 100 100 100 100
Cerradão/Cerrado
Lafoensia pacari 87.5 100 100 87.5
Magonia pubescens 100 100 100 87.5
Cerrado
Brosimum gaudichaudii 100 100 100 87.5
Eugenia dysenterica 75 87.5 100 100
Hymenaea stigonocarpa 87.5 100 100 100
Total Survival (%) 89 96 100 87.5
Treatment 1 (shard + Cerrado soil); treatment 2 (shard + Cerrado soil (9) + slate dust (1)); treatment 3 (shard + Cerrado soil (7) + slate dust (3)) and treatment 4 Cerrado soil (control plot).
32
Figure 1. Curve of growth increment of basal diameter for Cerrado trees species in the different treatments (June/2003 to June/2004). Treatment 1 (shard + Cerrado soil); treatment 2 (shard + Cerrado soil (9) + slate dust (1)); treatment 3 (shard + Cerrado soil (7) + slate dust (3)) and treatment 4 Cerrado soil (control plot).
Cerradão
Cerradão/Cerrado
Cerrado
33
Shard + soil Shard + soil (9) + slate dust (1) Shard + soil (7) + slate dust (3) Soil
P.
dubi
um
M.
urun
deuv
a
L. p
acar
i
M.
pube
scen
s
E.
dyse
nter
ica
H.
stig
onoc
arpa
B.
gaud
icha
udii
-10
0
10
20
30
40
50B
asal
dia
met
er R
GR
(%
per
mon
th)
Cerradão Cerradão/Cerrado Cerrado
Figure 2. Monthly average increment of basal diameter for Cerrado trees species in the
different treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD).
34
Figure 3. Curve of growth increment of height for Cerrado trees species in the different treatments (June/2003 to June/2004). Different letters indicate statistical difference. Treatment 1 (shard + Cerrado soil); treatment 2 (shard + Cerrado soil (9) + slate dust (1)); treatment 3 (shard + Cerrado soil (7) + slate dust (3)) and treatment 4 Cerrado soil (control plot).
Cerradão
ab a
ab
b b
b
ab ab a
Cerradão/Cerrado
a
Cerrado
a
a
ab
b
35
Shard + soil Shard + soil (9) + slate dust (1) Shard + soil (7) + slate dust (3) Soil
P. d
ubiu
m
M. u
run
deuv
a
L. p
aca
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M. p
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E. d
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-10
0
10
20
30
40
50
60H
eigh
t R
GR
(%
per
mon
th)
Cerradão Cerradão/Cerrado Cerrado
Figure 4. Monthly average increment of height for Cerrado trees species in the different
treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD).
36
Shard + soil Shard + soil (9) + slate dust (1) Shard + soil (7) + slate dust (3) Soil
P.
dubi
um
M.
urun
deuv
a
L. p
acar
i
M.
pube
scen
s
E.
dyse
nter
ica
H.
stig
onoc
arpa
B.
gaud
icha
udii
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000C
anop
y ar
ea (
cm2 )
Cerradão Cerradão/Cerrado Cerrado Figure 5. Monthly average increment of canopy area for Cerrado trees species in the different
treatments (▫ Mean; Box - Mean ± SE; whisker – Mean ± SD).
37
Capítulo 3
EFEITO DA ADIÇÃO DO PÓ DE ARDÓSIA NO PADRÃO DE ALOCA ÇÃO DA BIOMASSA EM SETE ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DO CE RRADO
Artigo para envio à Revista Árvore
Formatação de acordo com as normas da revista.
38
EFEITO DA ADIÇÃO DO PÓ DE ARDÓSIA NO PADRÃO DE ALOC AÇÃO DA
BIOMASSA EM SETE ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DO CERRADO
RESUMO – Este estudo avaliou o padrão de alocação de biomassa na fase vegetativa de sete
espécies arbóreas nativas de três fitofisionomias do cerrado sob diferentes concentrações de
pó de ardósia. A massa seca aérea e subterrânea foi determinada quando as mudas estavam
com 19 meses de idade, com oito repetições por tratamento. A adição do pó de ardósia ao
substrato contribuiu para a melhoria da fertilidade do solo aumentando a concentração de Mg,
P e K e alterou o padrão de alocação de biomassa principalmente na razão raiz/parte aérea.
Em todos os tratamentos foi observado um maior investimento em biomassa do sistema
radicular. Contudo, não foi observado um comportamento padrão consistente das espécies
quanto ao crescimento proporcional de raízes e parte aérea em resposta à disponibilidade de
nutrientes. Além disto, as espécies do Cerradão apresentaram maior acúmulo de biomassa que
as espécies das demais fitofisionomias. Assim, o pó de ardósia pode ser adicionado ao
substrato de recobrimento das pilhas de rejeito e em programas de restauração de áreas
degradadas no Cerrado, diminuindo os impactos ambientais provocados pela extração e
beneficiamento da ardósia bem como pela utilização de insumos agrícolas.
Palavras-chave: rejeito, restauração ecológica, rochagem
THE EFFECT OF ADDITION OF POWDERED SLATE ON BIOMASS ALLOCATION
PATTERNS IN SEVEN NATIVE SPECIES OF THE CERRADO
ABSTRACT – This study presents the pattern of biomass allocation in the vegetative phase of
seven native species of the Cerrado under different concentrations of slate dust. The dry
biomass above-ground and below-ground parts were determined when the seedlings were 19
months of age, with eight replicates per treatment. The addition of slate dust to the substrate
contributed to the improvement of soil fertility by increasing concentrations of Mg, P and K
and changed the pattern of biomass allocation mainly in the root/shoot ratio. In all treatments
was observed a greater investment in root biomass. However, it was not observed a consistent
pattern of behavior of the species on the proportional growth of roots and shoots in response
to nutrient availability. The Cerradão species had higher biomass accumulation that species
from other vegetation types. Considering the results of slate powder can be added to the
substrate coating the piles of tailings and programs restoration of degraded areas in the
Cerrado, decreasing the environmental impacts caused by the extraction and processing of
slate and for the use of agricultural inputs.
Keywords: waste, ecological restoration, stonemeal
39
1. INTRODUÇÃO
O Cerrado apresenta uma grande diversidade de fisionomias que englobam formações
florestais, savânicas e campestres (RIBEIRO e WALTER, 1998). Os solos deste bioma
apresentam deficiência nutricional, alto teor de alumínio, além do baixo pH
(SANSONOWICZ e SMITH, 1995; MEDINA e FERNANDES, 2007), fatores limitantes para
o crescimento das plantas (KAMPRATH e FOY, 1985; RIBEIRO e FERNANDES, 2000;
MOTTA et al., 2002). As altas concentrações de alumínio podem acarretar a redução da
absorção de nutrientes (RENGEL e ROBINSON, 1989), além de interferir na assimilação e na
eficiência de utilização de nitratos e sulfatos (CAMBRAIA, 2009). Solos ácidos, por sua vez,
são capazes de potencializar os efeitos do Al e Mn, podendo atingir níveis de toxidade para as
plantas, diminuir a concentração dos cátions Mg, Ca e K, alterando a solubilidade do P e Mo e
aumentando a lixiviação de nutrientes do solo (CAMBRAIA, 2009). Outros fatores que
podem interferir diretamente no desenvolvimento das espécies vegetais são a deficiência de
Ca (MOTTA et al., 2002); de Mg (TAN e KELTJENS, 1995) e de P (MOTTA et al., 2002).
Uma maneira de suprir a deficiência de alguns nutrientes do solo é a utilização do
método agrícola de rochagem, que consiste da incorporação de rochas e/ou minerais ao solo
(LEONARDOS et al., 1976). Sua aplicação pode servir para restaurar solos lixiviados pela
restituição de componentes inorgânicos naturais (MARTINS, 2001) e de uma fração de
minerais intemperizáveis (von OSTERROHT, 2003). Esta técnica tem se mostrado uma
maneira barata e ecologicamente correta para a fertilização de solos empobrecidos
quimicamente por conter macro e microelementos importantes para o desenvolvimento das
plantas (FYFE et al., 2006), sem necessidade da utilização de agroquímicos (THEODORO,
2003). Diversos estudos comprovam a eficiência da rochagem na agricultura de subsistência
(LEONARDOS et al., 1976; LEONARDOS e THEODORO, 1999; THEODORO et al., 2002;
THEODORO e LEONARDOS, 2006; POLITO, 2006) e seus resultados apontam a
viabilidade econômica, ecológica e produtiva por análise custo/benefício em diversas culturas
(THEODORO e LEONARDOS, 2006). Contudo, ainda são poucos estudos da sua utilização
em programas de restauração ecológica de áreas degradadas.
A produção de biomassa seca aérea e radicular é considerada o melhor índice para a
avaliação do desenvolvimento das plantas, bem como da capacidade de aclimatação a
diferentes condições nutricionais, regimes de sombreamento e na tolerância aos períodos
secos (RAMOS et al., 2004). Assim, a maioria dos trabalhos que abordam o tema de alocação
de recursos em plantas está concentrada nos padrões de alocação de biomassa (MUELLER et
al., 2000). Esta métrica é facilmente descrita e interpretada em diferentes estruturas das
40
plantas (MUELLER et al., 2000), além de refletir a distribuição de nutrientes como o
nitrogênio (REEKIE e BAZZAZ, 1987).
Os padrões de alocação de biomassa das plantas podem sofrer alterações em resposta às
condições ambientais (BLOOM et al., 1985). A maioria das espécies vegetais apresenta
alterações morfo-fisiológicas que contribuem para maximizar o ganho de massa seca em
diferentes condições nutricionais. Entre estas alterações destaca-se a variação na distribuição
de biomassa entre raiz e parte aérea (OSUNKOYA et al., 1994) e no aproveitamento e
eficiência de utilização de nutrientes (ELLIOT e WHITE, 1994). As plantas sujeitas a estresse
ambiental apresentam elevada razão raiz/parte aérea, baixas taxas de crescimento, de
fotossíntese, de aquisição de recursos e de renovação de tecidos, o que lhes confere resistência
para desenvolverem-se em ambientes extremos (LAMBERS e PORTER, 1992; CHAPIN et
al., 1993; NEGREIROS et al., 2009). Dentre os fatores que exerce maior influencia destaca-se
a disponibilidade de nutrientes no solo (BROUWER, 1962). Plantas em ambientes com baixa
fertilidade alocam mais recursos para o desenvolvimento das raízes aumentando a sua
capacidade de absorção em solos onde estes recursos são limitados (GEDROC et al., 1996;
PORTER et al., 1990; NEGREIROS et al., 2009).
Para o estabelecimento de práticas que permitam a utilização da rochagem em programas
de restauração de áreas degradadas, assim como nos plantios comerciais, fazem-se necessários
estudos de ecofisiologia em condições de campo, em condições controladas de laboratório e
em condições semi-controladas em viveiros e casas de vegetação. Espera-se que espécies
vegetais que apresentam como fator limitante de crescimento a disponibilidade de nutrientes
no solo terão o seu desenvolvimento favorecido pela técnica de rochagem. Neste trabalho o
padrão de alocação de biomassa de sete espécies arbóreas nativas de diferentes
fitofisionomias do cerrado foi avaliado sob diferentes concentrações de pó de ardósia, em
canteiros experimentais, com o intuito de ntribuir para conhecer o potencial da utilização do
pó de ardósia na restauração ecológica de áreas degradadas no bioma Cerrado.
2. MATERIAL E MÉTODOS
O estudo foi conduzido na área experimental da Fundação Centro Tecnológico de Minas
Gerais (19º53’S e 45º54’W), a altitude aproximada de 838 m, em Belo Horizonte, MG, Brasil.
O clima é do tipo Cwa - clima tropical de altitude com inverno seco e verão chuvoso, segundo
a classificação de Köppen, com precipitação média anual de 1.472,8 mm
(CPTEC/INPE/2004).
Para testar o efeito da adição do pó de ardósia no padrão de alocação de biomassa foram
implantados canteiros experimentais, utilizando-se diferentes composições de substrato. As
41
sementes e frutos maduros das espécies nativas foram coletados em remanescentes de cerrado
no município de Papagaio (19°42’S, 43°30’W), MG, Brasil. As sementes recém-colhidas
foram beneficiadas e as sementes que apresentavam dormência tegumentar (Peltophorum
dubium e Hymenaea stigonocarpa) foram escarificadas mecanicamente (lixa d´água no 120).
Posteriormente, foi realizada a assepsia das sementes com hiploclorito de sódio a 5 % por 15
minutos, seguida de lavagem em água corrente. As sementes foram colocadas em caixas para
germinação, sobre papel filtro, e mantidas em germinador sob temperatura constante de 25 oC
e fotoperíodo de 12 horas de luz branca (Lopes et al. 2010).
Posteriormente, foram selecionadas sete espécies nativas do cerrado de acordo com a
disponibilidade de sementes e mudas. As espécies foram separadas de acordo com o ambiente
onde são mais abundantes: duas espécies do cerradão Myracrodruon urundeuva Fr.All.
(Anacardiaceae) e Peltophorum dubium (Spreng.) Taub.; três do cerrado s.s. Brosimum
gaudichaudii Tec. (Moraceae), Eugenia dysenterica DC. (Myrtaceae) e Hymenaea
stigonocarpa Mart.ex Hayne (Caesalpinaceae); e duas espécies comuns ao cerradão e cerrado
s.s., Lafoensia pacari St.Hil. (Lythraceae) e Magonia pubescens St.Hil. (Sapindaceae).
Para a montagem do experimento foi utilizada terra de subsolo de cerrado, como uma das
partes do substrato utilizado nos canteiros experimentais. Em maio de 2003, foram
implantados quatro canteiros experimentais utilizando diferentes tratamentos relacionados à
composição do substrato. Os canteiros foram instalados em área cimentada, visando anular
possíveis interferências do solo in situ, com dimensões de 8,0 x 2,0 x 1,0 m. Os tratamentos
utilizados foram:
• Tratamento 1 (caco + terra) – 20 cm de caco de ardósia, de tamanhos variados e
provenientes do processo de beneficiamento, recoberto por 80 cm de terra;
• Tratamento 2 (caco + terra (9) + pó (1)) – 20 cm de caco de ardósia recoberto por
80 cm de terra misturada com pó de ardósia, rejeito gerado nas serrarias
composto de material ultra fino na fração abaixo de 38 mm (400 mesh Tyler), na
proporção de 9 partes de terra para 1 parte de pó;
• Tratamento 3 (caco + terra (7) + pó (3)) – 20 cm de caco de ardósia recoberto por
80 cm de terra misturada com pó de ardósia na proporção de 7 partes de terra
para 3 partes de pó;
• Tratamento 4 (controle) – 100 cm de terra, canteiro controle.
Aos cinco meses de idade as mudas foram selecionadas aleatoriamente e transplantadas
para os canteiros experimentais distribuídas em linhas com espaçamento de 20 cm de forma
42
intercalada. Foram utilizados oito indivíduos de cada espécie por canteiro, em um
delineamento inteiramente casualizado, onde cada muda representou uma repetição.
Para as avaliações químicas e físicas, foram utilizadas 10 subamostras aleatórias por
tratamento, perfazendo uma amostra composta (SANTOS et al., 2005). O pó de ardósia
também foi caracterizado quimicamente. Todas as amostras foram analisadas no Laboratório
do Instituo Mineiro de Agropecuária – IMA (EMBRAPA, 1997), no início e término do
experimento.
Durante o período experimental (426 dias) foram realizadas regas diárias pela manhã. As
medidas de produção de massa seca foram realizadas em julho/2005. Todos os indivíduos
foram retirados dos canteiros, destorroados, lavados cuidadosamente para evitar perdas das
raízes e separados em parte subterrânea e aérea. A massa seca das partes segmentadas das
plantas foi obtida utilizando-se balança analítica (0,001 g) após a secagem do material em
estufa a 70 oC até massa constante.
Os resultados foram submetidos a testes de homogeneidade das variâncias (DRAPER e
SMITH, 1980; SOKAL e ROLF, 1981) e a seguir à análise de variância (ANOVA). Quando
necessário, os dados foram transformados em log x+1. O teste de Tukey foi utilizado para
comparação das médias dos tratamentos que apresentaram diferença significativa a 5 %
(ZAR, 1999).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Caracterização do substrato
As amostras dos substratos analisadas não apresentaram valores de pH
significativamente diferentes durante o experimento (Tabela 1), sendo considerados
moderadamente alcalinos o que em termos agronômicos indica pH muito alto (7,0 a 8,0). Os
valores de cálcio trocável foram muito altos, sendo os de magnésio bem inferiores,
considerados médios a muito baixos. A soma de bases de troca, devido aos altos teores de
cálcio apresentou valores elevados, com capacidade de troca de cátions média, já que o teor
de alumínio é praticamente negligível e a acidez ativa baixa. O teor de fósforo disponível
variou de baixo, nos canteiros sem a adição do pó de ardósia, a altos, nos canteiros com pó, e
o de potássio assimilável de alto, nos canteiros sem adição de pó, a muito alto, com adição do
pó. Estes dados indicam que a adição do pó de ardósia contribuiu para aumentar o teor destes
dois nutrientes de relevância para os processos metabólicos e de sobrevivênica de plantas.
Granulometricamente as amostras apresentam composições texturais médias (franco argilo-
arenoso ou franco) e o teor de matéria orgânica baixo (Tabela 1).
43
A amostra de pó de ardósia apresentou-se fortemente alcalina (pH > 8,0) com baixo
valor de cálcio trocável e magnésio em nível médio, apresentando soma de bases baixa, com
baixa capacidade de troca, acidez trocável negligível e acidez ativa baixa. O grau de saturação
de bases foi relativamente alto e quase nula a saturação com alumínio. O teor de fósforo
disponível apresentou valor médio e o potássio assimilável muito baixo, sendo baixo o nível
de matéria orgânica (Tabela 1). Em termos de granulometria, a textura é franco-arenosa,
observando-se a particularidade de ser constituída quase que somente por areia fina e silte,
sendo mínimas as frações de areia grossa e argila (Tabela 1). A adição do pó de ardósia ao
substrato acarretou mudanças nos níveis de nutrientes, aumentando a concentração de Mg, em
quatro a sete vezes, P, em três vezes, e K, em 40 vezes, quando comparado ao tratamento
controle (Tabela 1).
Tabela 1 – Propriedades químicas e físicas das amostras em Maio/2003 e Junho/2004 (em
parênteses).
Table 1 – Chemical and physical properties of samples from May 2003 and June 2004 (in
parentheses).
Parâmetros Caco +
solo do
Cerrado
Caco + solo
(9) + pó de
ardósia(1)
Caco + solo
(7) + pó de
ardósia(3)
Solo do
Cerrado
Pó de
ardósia
pH (H2O) 7,1 (8,3) 7,1 (8,3) 7,4 (8,2) 7,9 (8,3) 8,3
Matéria
orgânica (%)
1,7 (1,7) 1,6 (1,5) 1,4 (1,4) 1,7 (1,9) 1,7
P (mg/dm3) 10,8 (12,3) >30 (>30) >30 (>30) 7,9 (>30) 20,0
K (mg/dm3) 59 (38) 210 (97) 260 (164) 71 (71) 130
Ca2+(cmolc/dm3) 4,3 (5,2) 5,0 (4,5) 5,2 (5,0) 4,5 (5,0) 0,4
Mg2+(cmolc/dm3) 0,1 (0,1) 0,4 (0,3) 0,7 (0,6) 0,1 (0,1) 0,6
Al 3+(cmolc/dm3) 0,01 (0,01) 0,01 (0,01) 0,01 (0,01) 0,01 (0,01) 0,01
Saturação Al
(%)
0,2 (0,2) 0,2 (0,2) 0,2 (0,2) 0,2 (0,2) 1,0
Saturação
cátion (%)
86,6 (88,4) 87,4 (88,6) 91,1 (89,9) 87,4 (85,5) 65,6
CEC efetiva (cmolc/dm3)
4,5 (5,4) 5,9 (5,1) 6,6 (6,0) 4,8 (5,3) 1,0
Areia (%) 59,30 47,9 38,6 59,7 60,7
Silte (%) 15,40 24,7 38,9 17,2 35,3
Argila (%) 25,30 27,4 22,5 23,1 3,8
44
A composição do substrato afetou a acumulação de biomassa pelas plantas. Foi
verificada uma diferença significativa entre os tratamentos quando se analisou a produção de
biomassa total, de suas partes raiz e aérea e da razão raiz/parte aérea (p<0,0001). Seu efeito
foi variável entre as fitofisionomias predominantes e entre as espécies (Tabela 2). Para todas
as espécies, os valores de biomassa total, de suas partes raiz e aérea foram superiores no
tratamento controle (Figura 1), corroborando com os padrões esperados de repartição de
biomassa. Bloom et al. (1985) afirmam que em resposta a baixa disponibilidade de nutrientes,
as plantas deslocam energia para os processos de captura de nutrientes em detrimento da
aquisição de carbono. Adicionalmente, em todos os tratamentos houve um maior investimento
em biomassa do sistema radicular para todas as espécies estudadas (Figura 1). Resultados
semelhantes foram relatados para espécies de mata de galeria do Brasil central por Felfili et
al. (2001). Em solos pobres que apresentam restrição de nutrientes, em especial N e P
(SCHACHTMAN et al., 1998), observa-se o aumento de alocação de massa seca para a raiz
em relação à parte aérea em condições onde a luz não é um fator limitante (CHAPIN, 1980,
Negreiros et al. 2009). Este fato confere às espécies vegetais maior resistência para
desenvolver em ambientes que apresentam deficiência nutricional e/ou hídrica (LAMBERS e
PORTER, 1992; CHAPIN et al., 1993). Assim, as plântulas das espécies que crescem em
ambientes que apresentam severo déficit hídrico na estação seca apresentam rápido
crescimento inicial do sistema radicular para sobreviverem nos meses de seca (KITAJIMA,
1996; GOUVEIA e FELFILI, 1998; MOREIRA e KLINK, 2000).
Tabela 2 – Análise de variância para a alocação da biomassa seca. Nível de significância:
***, p <0,0001 (gl, grau de liberdade; SQ, soma dos quadrados).
Table 2 – Analyses of variance tables for the dry biomass allocation. Significance levels:
***, p <0,0001 (gl, degree of freedom; SQ, sumo f squares).
gl SQ F SQ F SQ F SQ FIntercepto 1 5443621 204,59 *** 2373399 206,41 *** 15005868230,76 *** 2594 538,63 ***Tratamento 3 1538643 19,28 *** 928245 26,91 *** 4849989 24,86 *** 187 12,95 ***Espécie 6 4610289 28,88 *** 3086344 44,73 *** 14980350 38,39*** 570 19,73 ***Grupo 2 4402364 80,64 *** 2527973 88,51 *** 13546993 93,91 *** 203 13,47 ***Tratamento*Espécie 18 1381087 2,88 *** 745903 3,60 *** 4083573 3,49 *** 317 3,66 ***Tratamento*Grupo 6 1021832 6,24 *** 569568 6,65 *** 3056795 7,06 *** 184 4,07 ***Erro 179 4762729 2058263 11640110 862
Massa seca subterrânea Razão raiz/parte aéreaFonte de variação
Massa seca aérea Massa seca total
45
Cerradão
0
400
800
1200
1600
caco + terra caco + terra (9)+ pó (1)
caco + terra (7)+ pó (3)
terra caco + terra caco + terra (9)+ pó (1)
caco + terra (7)+ pó (3)
terra
M. urundeuva P. dubium
Bio
ma
ssa
(g
)
bb
bb
bb
A
BBB
a
a
b
b
b
b
b
b
A
B
B
B
a
a
Cerradão/Cerrado
0
100
200
300
400
caco + terra caco + terra (9)+ pó (1)
caco + terra (7)+ pó (3)
terra caco + terra caco + terra (9)+ pó (1)
caco + terra (7)+ pó (3)
terra
L. pacari M. pubescens
Bio
ma
ssa
(g
)
b
b b
b b
ab
A
A
A
A
a
a
ab
b
ab
b
bb
A
BBB
a
a
Cerrado
0
100
200
300
400
caco +terra
caco +terra (9) +
pó (1)
caco +terra (7) +
pó (3)
terra caco +terra
caco +terra (9) +
pó (1)
caco +terra (7) +
pó (3)
terra caco +terra
caco +terra (9) +
pó (1)
caco +terra (7) +
pó (3)
terra
B. gaudichaudii E. dysenterica H. stigonocarpa
Bio
ma
ssa
(g
)
RaízAérea
Total
A
Bbb
a
b bb BB
A
b
a
bb
a
b bb BB
A
a
b BB
bb
b
a
BBB
A
a
bb
b
Figura 1 – Efeito da adição do pó de ardósia no padrão de alocação da biomassa de espécies
arbóreas do Cerrado de diferentes fitofisionomias. Barras seguidas de diferente letra e fonte
são estatisticamente diferentes ao nível de <0,05, de acordo com o teste de Tukey.
Figure 1 – The effect of addition of powdered slate on biomass allocation patterns of tree
Cerrado species from different physiognomies. Bars followed by different letter and source
are statistically different at level <0.05, according to the Tukey test.
46
As espécies do Cerradão apresentaram maior acúmulo de biomassa que as espécies das
demais fitofisionomias, provavelmente, devido à rápida incorporação de fotoassimiláveis e,
consequentemente, maior incremento na biomassa nos estágios iniciais de crescimento,
favorecido pelo seu maior requerimento nutricional (Figura 2). As espécies que ocorrem no
Cerradão/Cerrado apresentaram valores intermediários seguidas das espécies do Cerrado, o
que pode ser um indicativo de maior adaptação a baixos níveis de fertilidade do solo
(LAMBERS e PORTER, 1992).
Nas espécies estudadas, a adição de pó de ardósia, com consequente aumento na
disponibilidade dos nutrientes P, Mg e K, resultou em alterações diversas na repartição de
biomassa, principalmente na razão raiz/parte aérea. As espécies B. gaudichaudii e M.
pubescens apresentaram os maiores valores da razão raiz/parte aérea (de 1,2 a 9,2 e entre 3,5 a
9,0, respectivamente) e significativamente diferentes entre os tratamentos (Tabela 1 e Figura
2). Os indivíduos do tratamento controle (terra de cerrado) apresentaram os menores valores.
Os valores para M. pubescens encontrados neste trabalho estão de acordo com os resultados
apresentados por Moreira e Klink (2000) que reportam valor médio de 6,0 para plântulas com
210 dias após a germinação. As espécies E. dysenterica e H. stigonocarpa apresentaram
valores intermediários para esta variável com diferenças significativas entre os tratamentos.
As plântulas do tratamento controle apresentaram valores de razão raiz/parte aérea inferior
aos demais tratamentos. Os valores encontrados variaram de 1,1 a 5,0 para E. dysenterica e de
1,2 a 3,7 para H. stigonocarpa (Figura 2). Sano et al (1995) relatam que para E. dysenterica,
até 70 dias após a germinação, a razão raiz/parte aérea é aproximadamente 1,0 e que a partir
daí ocorre maior investimento no acúmulo de biomassa no sistema radicular. Para as espécies
do cerradão não foram observadas diferenças significativas para a razão raiz/parte aérea entre
os tratamentos. M. urundeuva apresentou valores entre 2,3 e 3,7 e P. dubium de 1,0 a 2,0
(Figura 2). Os valores encontrados para M. urundeuva são superiores aos relatados por
Figuerôa et al. (2004), que estudaram o comportamento de plântulas sob diferentes regimes
hídricos, com valores de 0,2 a 0,8 para plântulas de 30 dias e de 0,8 a 1,3, para plântulas de 60
dias. Moraes Neto et al. (2003) avaliando o efeito da fertilização no crescimento inicial de P.
dubium, 125 dias após a semeadura, encontraram valores de 0,17 a 0,46, sendo portanto,
inferiores ao encontrado neste trabalho.
No geral, as espécies que apresentaram maiores valores da razão raiz/parte aérea
apresentam raiz levemente tuberosa (B. gaudichaudii, M. pubescens e M. urundeuva),
contendo reserva de nutrientes, o que provavelmente aumenta a razão raiz/parte aérea (Figura
3). Valores elevados da razão raiz/parte aérea mostram que a espécie prioriza a alocação de
47
fotoassimilados para o sistema radicular, fato que possibilita a sua sobrevivência em
condições adversas do meio (LABOURIAU et al., 1964; OLIVIERA NETO et al., 2003) e um
alto poder de rebrotamento após danos em sua parte aérea (RIZZINI, 1965).
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
M. urundeuva P. dubium L. pacari M. pubescens B. gaudichaudii E. dysenterica H. stignocarpa
Cerradão Cerradão/Cerrado Cerrado
caco + terra
caco + terra (9) + pó (1)caco + terra (7) + pó (3)
terra
aab
ab
b
a
aa
aa
a
a
a
a
a
a
b b
a
a
a
b
a
a
aa
ab
a
a
Figura 2 – Efeito da adição do pó de ardósia sobre a razão raiz/parte aérea de espécies
arbóreas do cerrado de diferentes fitofisionomias. Barras de uma mesma espécie seguidas de
letras diferentes são estatisticamente diferentes a 5% de probabilidade pelo teste de Tukey.
Figure 2 – The effect of addition of powdered slate on the ratio root/shoot of tree Cerrado
species from different physiognomies. Bars followed by different letter and source are
statistically different at the probability level <0.05, according to the Tukey test.
A razão raiz/parte aérea também tem sido utilizada para indicar o status nutricional das
plantas em relação à disponibilidade de P. Em geral, em substratos que apresentam maior
disponibilidade deste nutriente, as espécies têm menor crescimento radicular devido à
incorporação dos produtos fotossintetizados nos órgãos aéreos. Assim, o crescimento
radicular é favorecido em solos com deficiência de nutrientes, em especial N e P
(MARSCHNER et al., 1996), possibilitando a absorção máxima dos nutrientes do solo
(CLARKSON, 1985). Contudo, estudos relatam que a razão raiz/parte aérea em resposta ao
fornecimento de P pode apresentar comportamento variável em função da espécie, podendo
aumentar, diminuir ou não exercer influência sobre a razão raiz/parte aérea (FARIA, 1993;
ROCHA, 1995; RENÓ et al., 1997; RESENDE et. al., 1999).
48
Não foi observado um comportamento padronizado consistente das espécies quanto ao
crescimento proporcional de raízes e parte aérea como resposta às alterações de nutrientes
promovidas pela adição do pó de ardósia (Figuras 1 e 2). Contudo, espécies de diferentes
fitofisionomias apresentam padrão diferenciado de alocação de biomassa. Espécies de mata de
galeria investem no crescimento radicular nos primeiros 2 anos após a germinação, e só então
investem no crescimento em altura (FELFILI, 2000).
Conhecer o modelo de repartição de biomassa em reposta as variações da disponibilidade
de recursos é uma das questões chaves na ecologia de plantas (MCCONNAUGHAY e
COLEMAN, 1999). Um grande número de trabalhos afirma que a alocação de biomassa nas
raízes diminui com a disponibilidade de nutrientes, contudo, existe uma grande variação do
padrão de alocação de biomassa dentro e entre os estudos (CHAPIN, 1980; OLFF et al.,
1990). As espécies que apresentam crescimento lento não respondem ao acréscimo de
nutrientes, pois, geralmente, estão adaptadas a solos com baixa disponibilidade nutricional.
Por sua vez, as espécies de crescimento rápido são mais sensíveis à reduzida disponibilidade
nutricional (LAMBERS e PORTER, 1992).
Os resultados encontrados neste trabalho permitem sugerir que a adição do pó de ardósia
ao substrato de recobrimento das pilhas de rejeito, para a fertilização de solos do Cerrado,
diminue o custo dos programas de restauração ecológica, o impacto ambiental causado pela
extração da ardósia, bem como os impactos ambientais causados pelo uso de insumos
agrícolas.
4. AGRADECIMENTOS
A Fapemig pelo apoio financeiro do projeto (EDT-14000/2001) e pela concessão das bolsas
BIC para Fernanda, Camila e Ana Lúcia e a Micapel pelo apoio logístico. GWF agradece ao
suporte do CNPq (30 3352/2010-8, 56 1883/2010-6, 55 5980/2006-5) e da Fapemig (RDP-
00048-10, CRA 583/03, 697/06).
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54
Capítulo 4
RECOMPOSIÇÃO DA COBERTURA VEGETAL EM UMA PILHA DE REJEITO DE ARDÓSIA UTILIZANDO PÓ DE ARDÓSIA
55
Restauração ecológica de uma pilha de rejeito de ardósia utilizando resíduos da
mineração
Freitas, VLO.; Fernandes, GW.
Resumo
O Cerrado brasileiro encontra-se cada vez mais impactado devido às diversas ações
antrópicas, sendo a mineração a responsável por grande parte desta degradação. Os impactos
ocorrem devido à grande alteração no solo, supressão da vegetação, eliminação do banco de
sementes e plântulas. Além disto, transformam a paisagem por meio de alterações
topográficas, fragmentação de habitats, formação de grandes pilhas de rejeitos e deposição de
finos de maneira inadequada. O nosso principal objetivo foi estabelecer práticas para
programas de restauração ecológica através da definição da proporção de pó de ardósia a ser
utilizada na restauração ambiental. Foram plantados 960 indivíduos de 24 espécies nativas do
cerrado em uma pilha de rejeito de ardósia e monitoramos a sobrevivência e o crescimento em
altura e diâmetro à altura do solo de 400 plantas por cinco anos. Cerca de 60 % das espécies
apresentaram altas taxas de sobrevivência e crescimento em altura. Os resultados positivos
apontam que o pó de ardósia pode ser usado como parte do substrato de recobrimento das
pilhas além de indicar espécies com grande potencial para restaurar áreas de cerrado.
Finalmente, a técnica de rochagem pode também ajudar a reduzir os impactos negativos
causados pelo acúmulo de resíduos finos provenientes do processo de extração e
beneficiamento da ardósia quando aplicada em larga escala.
Palavras chaves: crescimento de plantas, espécies arbóreas nativas, rochagem, sobrevivência
de plantas
Abstract - Ecological restoration of disposal slate pile using mining waste
The Brazilian Cerrado has been increasingly impacted due to the varios human disturbances,
while mining represents the larger agent. These impacts are caused by large changes in the
soil, removal of vegetation, removal of the seed and seedling banks. In addition, mining is the
major responsible for the transformation of the landscape through topographic changes,
habitat fragmentation, formation of large piles of tailings and inapropriate deposition of thin
residuals. Our aim was to establish protocols for ecological restoration programs in a region
of slate mining and to define the proportion of slate dust in a slate tailing pile. We planted 960
individuals of 24 native species into a Cerrrado in a pile of slate waste, and monitored
survival and growth 400 individuals for five years. 60% of species showed high survival
percentage and considerable growth. This work indicates that slate dust can be used as a share
of the substrate coating of piles and indicates species with great potential to make models of
56
restoration in Cerrado areas. Finally, stonemeal technique will also help reduce the negative
impacts caused by the accumulation of fine sediments from the extraction and processing of
slate when applied on a large scale.
Key words: native tree species, plant growth, plant survival, stonemeal
Introdução
Regiões tropicais do globo são, em especial, áreas prioritárias para o desenvolvimento de
programas de recuperação ambiental, uma vez que vêm sofrendo cada vez mais com os
distúrbios oriundos das atividades humanas (Miyawaki & Meguro, 2000; Myers et al. 2000).
Dentre elas destaca-se o Cerrado, a mais diversa e maior savana neotropical do mundo
(Henriques, 2003; Rezende & Felfili 2004, Guarim Neto & Morais 2003). Assim, foi
considerado um dos 34 hotspots de biodiversidade mundial e necessita de medidas urgentes
para a sua preservação (Mittermeier et al. 2004). Originalmente, o Cerrado brasileiro cobria
cerca de 23% do território nacional, sendo o segundo maior bioma do Brasil (Ratter et al.
1997). Apesar dos esforços internacionais para a sua conservação, o desmatamento, as
queimadas para a expansão da agricultura e pecuária, a exploração extrativista das espécies
vegetais e a exploração dos recursos minerais continuam em ritmo acelerado (Kobiyama et al.
2001). Todavia, a vegetação desse bioma está restrita a somente 20% de área total com
remanescentes que se encontram cada vez mais fragmentados e degradados. Apenas 0,85%
desses remanescentes encontram-se protegidos em Unidades de Conservação que não
conseguem garantir a conservação deste bioma (MMA, 2002). As transformações ocorridas
nesse bioma, ao longo dos anos, trouxeram grandes danos ambientais – fragmentação de
habitats, diminuição da biodiversidade, invasão de espécies exóticas, erosão dos solos,
poluição de aqüíferos, degradação de ecossistemas, alterações nos regimes de queimadas,
desequilíbrios no ciclo do carbono e, possivelmente, modificações climáticas regionais (Klink
& Machado, 2005). Conseqüentemente, esse processo causa a alteração da paisagem
resultando mudanças na composição e diversidade das comunidades (Metzger, 1999). Deste
modo, ações que visam à restauração ecológica destas áreas são importantes para minimizar
estes impactos negativos (Kageyama & Gandara 2005) devolvendo ao sítio sua estrutura e
funcionalidade (Engel & Parrota 2003).
Nas três últimas décadas houve um aumento das iniciativas de restauração de
ecossistemas no Brasil com conseqüente aumento da biodiversidade (Kageyama et al. 2003).
Estes trabalhos apresentaram como resultado um avanço científico e tecnológico significativo,
contudo ainda apresenta diversas lacunas (Zamith & Scarano, 2006). Como exemplos,
57
podemos citar a existência de poucos trabalhos desenvolvidos no cerrado devido às suas
características edafoclimáticas e escassez de conhecimento básico para nortear as ações
visando sua restauração (Durigan, 2003). Deste modo, é necessário buscar ferramentas que
facilitem a sucessão natural, que poderá reintegrar a área à sua paisagem original. Os fatores
que influenciam este processo são: disponibilidade de banco de sementes e de plântulas do
solo, a proximidade com áreas de remanescentes de vegetação, funcionando como fonte de
propágulos, a intensidade e frequência dos distúrbios sofridos, as condições ambientais atuais,
como características do substrato, disponibilidade hídrica, as espécies e suas respectivas
ordens de chegada à área degradada (Reis et al., 2006, Medina & Fernandes 2007).
O acúmulo de resíduos, provenientes de processos industriais e da extração e
beneficiamento de minerais, causa extensos prejuízos econômicos. Além disso, a maior parte
dos resíduos acumulados acaba provocando impactos ambientais significativos, como:
assoreamento dos cursos d´água, supressão da vegetação, alteração topográfica, fragmentação.
Considerando os problemas de saúde pública, são evidentes os casos relacionados às doenças
respiratórias. Tendo em vista estes problemas, diversos estudos têm sido conduzidos visando
à redução e/ou aproveitamento dos resíduos minerais. Uma maneira de viabilizar este
aproveitamento é a técnica agrícola de rochagem, que consiste na incorporação de rochas
moídas ao solo (Leonardos et al. 1976). Sua utilização é considerada uma estratégia ecológica
e econômica para a restituição de componentes inorgânicos naturais (Martins, 2001). Diversos
resultados comprovam a viabilidade econômica, ecológica e produtiva desta técnica,
comprovada por análise custo/benefício em diversos tipos de culturas (Theodoro &
Leonardos, 2006).
Este trabalho discute os primeiros resultados dos esforços de restauração ecológica de
pilha de rejeito de ardósia e a utilização do pó de ardósia na composição do substrato para
recobrimentos destas pilhas. Nós realizamos uma experiência pioneira da incorporação do pó
de ardósia ao solo de recobrimento das pilhas monitorando a sobrevivência e o crescimento de
espécies nativas do cerrado para avaliar uma nova destinação deste sedimento fino. Nossa
hipótese é que a introdução de mudas produzidas e aclimatadas em viveiros teria uma alta
taxa de sucesso devido à superação de etapas críticas ao seu desenvolvimento. Além disso,
teve como objetivo estabelecer práticas para a restauração ecológica na região de estudo, além
de definir a proporção de pó de ardósia que não provocaria danos as espécies vegetais
testadas. Estas ações irão contribuir para minimizar os impactos ambientais advindos da
extração e beneficiamento da ardósia, principalmente no que diz respeito a uma nova
destinação dos sedimentos finos.
58
Materiais e Métodos
Caracterização do sítio de estudo
O experimento foi realizado em uma pilha de rejeito pertencente à Mineração Capão das
Pedras Ltda. (Micapel) situada no pólo produtor de ardósia de Minas Gerais, município de
Papagaio (19°42’S, 43°30’W), localizado a uma distância média de 150 km de Belo
Horizonte. Segundo a classificação climática de Köppen, o clima da região é o Cwa – clima
temperado úmido, com verão quente e chuvoso e inverno seco. As formações vegetais que
ocorrem na região são o Cerrado lato sensu e as Florestas Estacionais Semi-Deciduais. As
classes de solo predominantes no sítio de estudo é o Cambissolo e Latossolos Vermelhos. As
precipitações médias anuais para o período 2003 a 2006 foram de 1.672 milímetros. O valor
médio da temperatura para o período foi de 22,8 °C. A maior temperatura média ocorreu no
mês de março (24,9 °C) e a menor, no mês de julho (19,0 °C), indicando baixa variação ao
longo do ano. Entretanto, nos meses de dezembro a fevereiro, no pico do verão, valores
diários máximos podem chegar a até 40 ºC (dados fornecidos pela Micapel).
Para implantar o modelo de recomposição e aplicar a utilização do pó de ardósia na
composição do substrato de recobrimento foi selecionada uma pilha de rejeito baseada nos
pré-requisitos: pilha de rejeito recentemente desativada; solo armazenado nas proximidades
da área; disponibilidade de pó de serragem da ardósia e apoio logístico e operacional. Esta
pilha é constituída por material de capeamento (solo e rocha alterada) e rejeitos de lavra
(cacos de rocha fresca), dispostos aleatoriamente. A altura aproximada é de 25-30m e o
ângulo do talude está entre 50-70°. Por ter sido recentemente desativada este sítio não
apresentava espécies exóticas e/ou invasoras.
Caracterização do substrato
Após a incorporação do pó de ardósia ao substrato de recobrimento da pilha e a fim de
subsidiar os estudos de avaliação do crescimento das espécies, foram executadas análises de
rotina de solo com a coleta de 4 amostras compostas em dezembro/2003 e março/2006
(Santos et al. 2005). Estas foram submetidas às análises de granulometria, fertilidade, matéria
orgânica, carbono orgânico e nitrogênio, nos laboratórios do Instituto Mineiro de
Agropecuária - IMA, em Belo Horizonte/MG. O pó de ardósia também foi caracterizado
física e quimicamente. Os valores de referências utilizadados estão de acordo com CFSEMG
(1999).
59
Seleção das espécies vegetais
As espécies foram selecionadas com base em dois critérios: primeiro, a ocorrência das
espécies na região de estudo e em segundo lugar, a disponibilidade de mudas no viveiro da
Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, Belo Horizonte. As coletas das sementes,
para a produção de mudas, foram realizadas em remanescentes de Cerrado próximos ao sítio
de estudo. Para cada espécie foram selecionadas 10 árvores matrizes com o objetivo de
manutenção da variabilidade genética.
Foram utilizadas 23 espécies nativas da região, pertencentes a 14 famílias botânicas e
de diferentes fitofisionomias do Cerrado: Anacardiaceae: Astronium fraxinifolium Schott;
Lithraea molleoides (Vell.) Engl., Myracrodruon urundeuva Fr. All.; Bignoniacae: Tabebuia
impetiginosa (Mart. ex DC.) Standl., Zeyheria digitalis (Vell.) Hoehne; Caesalpinaceae:
Hymenaea stignocarpa Mart. ex Hayne; Peltophorum dubium (Spreng.)Taub.; Caryocaraceae:
Caryocar brasiliense Camb.; Combretaceae: Terminalia argentea Mart. & Succ.; Ebenaceae:
Diospyros sericea DC., Fabaceae: Bowdichia virgilioides Kunth, Machaerium acutifolium
Vog., Vatairea macrocarpa (Benth.) Ducke; Lythraceae: Lafoensia pacari St. Hil.;
Mimosaceae: Piptadenia gonoacantha (Mart.) J. F. Macbr., Plathymenia reticulata Benth.,
Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville; Moraceae: Brosimum gaudichaudii Tec.;
Myrtaceae: Eugenia dysenterica DC.; Sapindaceae: Dilodendron bipinnatum Radkl.,
Magonia pubescens St. Hil.; Sterculiaceae: Guazuma ulmifolia Lam.;Tiliaceae: Apeiba
tibourbou Aubl.
Além das espécies regionais, também foram utilizadas mudas de Eremanthus
erythropappus (DC.) Macheish (Asteraceae), devido a sua grande produção de flores e
sementes, atraindo polinizadores e dispersores de propágulos e grande deposição de matéria
orgânica ao solo.
Procedimentos de manejo antes do plantio
Para o preparo do substrato de recobrimento da pilha de rejeito foi utilizado solo de
área de capeamento de mina recém-aberta misturado ao pó de ardósia, proveniente das lagoas
de decantação. A proporção utilizada foi de sete caminhões de solo para três caminhões de pó
de ardósia (7:3). Nesta técnica é conhecida por rochagem, que constitue a adição do pó de
rochas para a melhoria da fertilidade do solo.
O modelo de plantio adotado neste trabalho utilizou espaçamentos regulares e
intercalados de 3 x 2 m com linhas de preenchimento (espécies de rápido crescimento) e
linhas de diversidade (espécies de crescimento mais lento). As covas de plantio tinham
dimensões de 30 x 30 x 40 cm. Optamos por este modelo de padrão uniforme na tentativa de
60
diminuir o efeito da competição entre os indivíduos. Este procedimento também favorece as
atividades de manutenção do sítio. Durante os dois primeiros anos de monitoramento foram
realizados procedimentos de controle de plantas invasoras, em especial gramíneas, por meio
de capina manual e controle de formigas cortadeiras.
Implantação do experimento
O experimento foi implantado na parte superior da pilha de rejeito, com o objetivo da
formação de uma área dispersora de propágulos. Além dessa área, também foi selecionada
uma área situada no talude da pilha, local de grande inclinação.
Durante a estação das chuvas, no mês de Novembro de 2003, 960 mudas das 24
espécies selecionadas foram plantadas na pilha. A idade das mudas variou de 6 a 9 meses
dependendo do desenvolvimento da espécie em casa de vegetação. Após o plantio, as mudas
foram estaqueadas e amarradas à varas de bambu para protegê-las de danos provocados pelo
vento e facilitar a visibilidade, de modo a evitar danos durante atividades de manutenção. Foi
realizada uma contagem do número de sobreviventes, 30 dias após o plantio, para avaliar a
necessidade de substituição de mudas. No primeiro ano de implantação do experimento, as
mudas eram regadas manualmente no período de estiagem prolongada.
Sobrevivência e monitoramento do crescimento
Para permitir a aclimatação, o monitoramento foi iniciado 30 dias após plantio. Foram
monitoradas 400 plantas, marcadas aleatoriamente. O número de indivíduos marcados variou
de acordo com o número de indivíduos plantados, de 5 a 30 indivíduos de cada espécie. Estes
foram selecionados aleatoriamente, mapeados e marcados com fitas numeradas. As mudas
foram consideradas mortas quando não apresentavam folhas e o caule estava visivelmente
seco. As métricas monitoradas para todas as espécies foram altura (distância a partir do solo à
gema apical da planta), diâmetro basal de caule (DB), exceto para A. fraxinifolium, G.
ulmifolia, S. adstringense e V. macrocarpa que apresentavam um número reduzido de
indivíduos. Estas métricas foram escolhidas por permitirem uma boa estimativa de
crescimento. As medidas foram feitas trimestralmente até 36 meses após o plantio e, em
seguida semestralmente nos meses 42, 48, 52 e 60. As taxas mensais de crescimento relativo
(TCR) foram obtidas para cada planta e a média por espécie. Para minimizar o efeito de
tamanho, a TCR foi calculada para cada um dos parâmetros de acordo com a fórmula:
10005,0)/(
−
∆=
t
MiMfTCR
onde Mf é a medida final, Mi é a medida inicial e ∆t é a diferença entre os meses das duas
medidas (Zamith & Scarano, 2006).
61
Como os dados não apresentaram distribuição normal (testado por Levene; Zar 1996),
a comparação foi realizada por uma análise de variância não paramétrica, utilizando Kruskal-
Wallis, e as diferenças entre os ranqueamentos pelo teste de comparações múltiplas (Sokal &
Rohlf 1995; Zar 1996). Para o tratamento dos dados foi utilizado Statistic 7.0.
Para uma melhor indicação de espécies com potencial para serem utilizadas em
programas de restauração ecológica de pilhas de rejeito de ardósia, utilizamos também os
índices de crescimento e de viabilidade de uso, de acordo com Zamith e Scarano (2006). O
índice de crescimento (IC) foi calculado de acordo com a fórmula:
(max)(max))()(
)(PdbPa
iPdbiPaiIC
++=
onde Pa(i), Pdb(i) são os pontos atribuídos (do menor para o maior) para cada espécie de
acordo com as diferenças estatísticas na TCR em altura e diâmetro basal, respectivamente.
Para a altura e diâmetro foram distribuídos pontos que variaram de 1 a 9, sendo P (max) para
ambas métricas de 9. Assim, IC(i) = (PA(i) + Pdb(i))/18.
O UVI (índice da viabilidade de uso) é dado por UVI(i) = IC(i) x SP(i), onde SP(i) é a
percentagem de sobrevivência de cada espécie ao final do experimento (Zamith e Scarano,
2006).
Resultados
Caracterização do substrato
As amostras do substrato das pilhas de rejeito não apresentaram valoares de pH
diferentes durante o monitoramento, sendo consideradas moderadamente ácidas. Também
foram observados valores reduzidos de cálcio e magnésio permutáveis e elevada solubilidade
de alumínio. Os valores médios de saturação de alumínio são considerados médios. As
amostras analisadas foram classificadas como distróficas e apresentam uma fertilidade
média/baixa devido os baixos valores de Ca2+, Mg2+ e K, com exceção para P, indicando um
substrato pobre em nutrientes. Os resultados analíticos da granulometria caracterizam as
amostras como de textura arenosa (Tabela 1).
Sobrevivência
Foi observada uma baixa taxa de mortalidade após o plantio, confirmando nossa
expectativa inicial. Na primeira avaliação, 30 dias após o plantio, somente 2,9 % das 960
mudas plantadas na pilha morreram. Assim, não foi necessária a substituição de indivíduos
plantados e/ou monitorados. Após 12 meses de monitoramento a taxa de sobrevivência
observada foi de 88% para os 400 indivíduos monitorados. Quase 50% das espécies
apresentaram 100% de sobrevivência. Aos 24, 36, 48 e 60 meses de monitoramento a taxa
62
média de sobrevivência foi de 83, 79, 77 e 75%, respectivamente, sendo que 34% das espécies
apresentaram 100% de sobrevivência (Tabela 2). Considerando todas as 960 mudas o
percentual de sobrevivência foi de 92%. Para todas as espécies as mortes ocorreram no
período da seca, entre maio e outubro, no decorrer do experimento. B. gaudichaudii, D.
bipinnatum, D. sericea, L. pacari, M. urundeuva e Z. digitalis apresentaram capacidade de
rebrota e todos os indivíduos rebrotados apresentaram 100% de sobrevivência até o final dos
60 meses. Conforme esperado, apenas 20% dos indivíduos de E. erythropappus estavam
vivos no final do experimento. Doze meses após o plantio esta espécie apresentou indivíduos
em floração e frutificação, atraindo muitos insetos, além de fornecer uma grande quantidade
de matéria orgânica para o solo e gradativamente ocorreu a morte de seus indivíduos.
Tabela 1 – Fertilidade e propriedades físicas das amostras de substrato da pilhas de rejeito de
ardósia (Dez/2003 e Mar/2006).
Parâmetros Amostras (Dez/2003) Amostras (Mar/2006)
pH (H2O) 5,6 5,3 5,3 5,8 5,4 5,5 5,3 5,4
P (mg/dm3) < 1 < 1 > 30 14,3 14,3 16,6 4,3 10,5
K (mg/dm3) 29 34 54 55 33 75 107 91
Ca2+(cmolc/dm3) 0,20 0,41 3,23 2,03 0,82 1,06 0,68 0,87
Mg2+(cmolc/dm3) 0,13 1,30 4,32 5,54 1,45 0,21 0,25 0,23
Al 3+(cmolc/dm3) 0,34 1,85 2,15 4,22 1,63 0,53 0,43 0,48
Saturação de Al (%) 45,7 50,7 21,8 35,4 50,8 26,6 26,5 26,6
Saturação de bases (%) 14,5 41,9 72,2 54,5 27,4 30,8 26,3 28,5
CTCE (cmolc/dm3) 0,74 3,64 9,83 11,90 3,90 2,00 1,64 1,82
Areia (%) 29,7 48,8 50,6 55,7 26,8 23,2 47,4 25,8
Silte (%) 17,6 34,0 34,0 33,5 17,7 19,0 24,6 20,4
Argila (%) 52,7 17,2 15,4 10,8 55,5 57,8 28,0 53,8
Crescimento
Foram observados diferentes padrões de crescimento de acordo com as fitofisionomias
de cada espécie (Figura 1). As espécies apresentaram diferenças significativas na taxa de
crescimento relativo em altura (H=119,5335; p<0,0001). Três das 20 espécies monitoradas (B.
gaudichaudii, B. virgilioides e E. erythropappus) não mostraram aumento significativo em
altura. Dados negativos em altura foram comuns e acreditamos que podem ter sido
parcialmente causados pela ação do vento e seca parcial da parte aérea. Danos apicais em
63
geral foram seguidos de rebrota. O incremento em altura foi significativamente maior para T.
impertiginosa, P. reticulata, D. bipinnatum, P. gonoacantha, P. dubium, M. acutifolium, A.
tibourbou, T. argentea, M. urundeuva, Z. digitalis, E. dysenterica, D. sericea e M. pubescens
(Figura 2a).
Tabela 2 – Percentagem de sobrevivência de 24 espécies arbóreas do cerrado, 60 meses após
o plantio.
Sobrevivência
(%)
Espécie
100 Astronium fraxinifolium*; Guazuma ulmifolia*, Stryphnodendron
adstringens** e Vatairea macrocarpa* (n=5); Apeiba tibourbou*,
Dilodendron bipinnatum* e Machaerium acutifolium**( n=10)
90 Peltophorum dubium* (n=25), Piptadenia gonoacantha* (n=30);
Plathymenia reticulata** ( n=10)
80 Myracrodruon urundeuva* (n=10); Terminalia argentea* e Zeyheria
digitalis** (n=15); Tabebuia impetiginosa* (n=20); Hymenaea
stignocarpa** e Lafoensia pacari** (n=30)
75 Eugenia dysenterica** (n=25); Lithraea molleoides* (n=20)
50 Brosimum gaudichaudii** (n=30); Diospyros sericea** ( n=20)
25 Magonia pubescens* (n=10)
20 Bowdichia virgilioides** (n=20); Caryocar brasiliense** (n=10);
Eremanthus erythropappus*** (n=30)
* espécie florestal; ** espécie savânica; *** espécie exótica para a região
B. virgilioides, E. erythropappus, B. gaudichaudii, C. brasiliense, D. sericea, Z.
digitalis, H. stignocarpa e L. pacari não apresentaram aumento significativo de diâmetro
basal. Os maiores valores observados foram para P. gonoacantha, A. tibourbou, D.
bipinnatum, T. impertiginosa, P. reticulata, P. dubium, M. acutifolium, T. argentea, M.
urundeuva e M. pubescens (Figura 2b).
64
Figura 1 – Curva de crescimento das espécies utilizadas na pilha de rejeito de ardósia durante
60 meses.
65
Figura 2 – Incremento médio mensal para as espécies arbóreas do cerrado após 60 meses do plantio: (a) incremento médio em altura e (b) incremento médio em diâmetro basal. As diferenças foram testadas por Kruskal-Wallis seguidas de teste de comparações múltiplas. Letras diferentes indicam diferenças estatisticamente significativas entre as espécies (<0,05).
66
O melhor desempenho no índice de crescimento foi apresentado por P. gonoacantha
(Tabela 3). O crescimento em área basal foi o maior, atingindo um crescimento médio de 1,5
vezes ao mês. O segundo melhor desempenho foi de D. bipinnatum que apresentou alto valor
de incremento em diâmetro basal e taxa de sobrevivência de 100%. M. pubescens, B.
gaudichaudii, C. brasiliense e B. virgilioides foram as espécies que apresentaram o pior
desempenho. Estas apresentaram valores de crescimento não significativos nas métricas
avaliadas e taxas de sobrevivência igual ou menor que 50% após 60 meses de monitoramento.
O UVI foi utilizado para transformar o índice de crescimento e a percentagem de
sobrevivência em um único valor. Os melhores resultados foram registrados para P.
gonoacantha, D. bipinnatum, A. tibourbou, T. impetiginosa, P. reticulata e P. dubium (Tabela
2). Estas espécies devem ser indicadas para programas de restauração ambiental no cerrado
devido ao seu alto índice de crescimento e de sobrevivência (maior que 75%) e ressaltamos
que P. gonoacantha e A. tibourbou, no segundo ano após o plantio, já apresentavam eventos
de floração e frutificação, atraindo uma quantidade significativa de polinizadores e
dispersores. Também, após este período, verificamos que P. gonoacantha já estava recrutando
indivíduos formando um banco de plântulas no subosque.
Discussão
Os resultados evidenciaram um comportamento geral de alta taxa de sobrevivência.
Após 60 meses, obtive-se 75% de sobrevivência para os 400 indivíduos monitorados. Das 24
espécies estudadas, 16 apresentaram taxa de sobrevivência igual ou superior a 80%, valor
considerado elevado para as espécies nativas do cerrado em plantios de restauração de áreas
degradadas (Corrêa & Cardoso, 1998; Souza, 2002; Oliveira, 2006; Silva, 2006). Os valores
encontrados para as espécies foram iguais ou superiores aos citados na literatura (Duboc,
2005; Oliveira, 2006; Silva, 2007; Antezana, 2008) confirmando que o pó de ardósia não
possui substâncias tóxicas que possam causar danos às mudas.
A riqueza de espécies arbóreas é um importante componente estrutural das
comunidades de plantas e afeta diretamente o funcionamento dos ecossistemas. Das 13
espécies que apresentaram os maiores valores na taxa de crescimento relativo em altura, nove
são espécies predominantemente florestais. Para a taxa de crescimento em diâmetro basal,
também foi observado o mesmo padrão, oito das 10 espécies eram espécies
predominantemente florestais. Assim, podemos afirmar que a utilização de espécies de
diferentes fitofisionomias do cerrado (florestais e savânicas) se apresenta como uma opção
para plantios de restauração de pilhas de rejeito de ardósia.
67
Tabela 3 – Índice de crescimento (soma dos pontos totais atribuídos do menor para o maior crescimento para cada espécie de acordo com as diferenças estatísticas da taxa de crescimento relativo em altura e diâmetro basal dividido pelo total de pontos distribuídos) e UVI (índice de crescimento multiplicado pela percentagem de sobrevivência) para a restauração de pilhas de rejeito de ardósia, utilizando o pó de ardósia como parte do substrato de 20 espécies arbóreas.
Espécie Índice de
Crescimento
UVI
1 Piptadenia gonoacantha 0,94 84,6 **
2 Dilodendron bipinnatum 0,83 83 **
3 Apeiba tibourbou 0,77 77 **
4 Tabebuia impetiginosa 0,88 70,4 **
5 Plathymenia reticulata 0,77 69,3 **
Peltophorum dubium 0,77 69,3 **
6 Machaerium acutifolium 0,66 66 **
7 Terminalia argentea 0,55 44 **
Myracrodruon urundeuva 0,55 44 **
8 Eugenia dysenterica 0,50 37,5 **
9 Zeyheria digitalis 0,44 35,2 **
10 Lithraea molleoides 0,44 33 **
11 Hymenaea stignocarpa 0,38 30,4 **
Lafoensia pacari 0,38 30,4 **
12 Diospyros sericea 0,44 22 *
13 Magonia pubescens 0,55 13,8 *
14 Brosimum gaudichaudii 0,22 11 *
15 Caryocar brasiliense 0,38 7,6 *
16 Bowdichia virgilioides 0,16 3,2 *
17 Eremanthus erythropappus 0,11 2,2
** - recomendada; * - recomendada com restrições
A taxa de crescimento médio total das espécies foi boa, conforme valores obtidos de
TCR em altura (17,6 cm/ano), para as das 21 espécies que apresentaram crescimento positivo.
As taxas de crescimento lento parecem estar relacionadas provavelmente aos solos pobres em
nutrientes, altas intensidades de luz e ação dos ventos comuns em áreas degradadas pela
extração de minerais. Em plantios para a recuperação de áreas degradadas é preciso avaliar
duas características importantes. A primeira é se a espécie apresenta uma taxa de crescimento
rápida e a segunda se apresenta uma alta taxa de sobrevivência. Estas são questões relevantes
68
quando se buscar indicar as espécies mais apropriadas para o plantio, incluído também os
critérios ecológicos e econômicos (Corrêa & Cardoso, 1998; Melo et al. 2004). O índice de
viabilidade de uso leva em consideração estas duas métricas e pode auxiliar na tomada de
decisão na seleção das espécies.
Piptadenia gonoacantha apresentou o maior UVI entre as espécies estudadas. A sua
rápida cobertura do solo aliada à sua alta taxa de sobrevivência, torna esta espécie muito útil
no início do plantio, podendo seu crescimento limitar as chances de instalação de espécies
invasoras. Além disto, é provável que esta espécie desempenhe um importante papel na
ciclagem de nutrientes, devido à deposição de um volume considerável de material foliar. Esta
espécie apresenta uma grande quantidade de ramos o que favorece a formação de abrigo para
a fauna local. Após os 60 meses de monitoramento, alguns de seus indivíduos estavam
tombados, devido à forte ação dos ventos, mas permaneciam vivos. Este fato proporcionou a
formação de nichos para esconderijo ou abrigo. Deste modo, recomenda-se a utilização desta
espécie em plantios de restauração. Dilodendron bipinnatum teve o segundo melhor
desempenho. Contudo, esta espécie possui uma pequena cobertura de copa o que pode
facilitar a colonização da área por espécies invasoras, aumentando o custo de manutenção.
Outro fator que deve ser levado em consideração são as múltiplas relações existentes desta
espécie com a fauna. No campo foi observado que seus frutos são amplamente procurados por
psitacídeos e macacos, além de atrair uma grande quantidade de insetos. Assim, esta espécie é
recomendada e o seu uso deve ser em associação com espécies que proporcionam um rápido
recobrimento do solo.
Algumas espécies deste estudo apresentaram valores de UVI menores que 30,
principalmente devido ao baixo incremento em altura, características inerentes à maioria
destas espécies. A sua utilização, embora recomendada com restrições, deve ser considerada
devido a sua importância ecológica e econômica nos plantios de restauração. Assim, deve ser
considerada a utilização de um número maior de indivíduos visando assegurar uma maior taxa
de sobrevivência.
Embora tenha sido avaliada somente a taxa de sobrevivência de A. fraxinifolium, G.
ulmifolia e S. adstringense, nós consideramos que estas espécies além de apresentar valores
elevados de sobrevivência ainda são espécies importantes para atrair a fauna devido ao grande
volume de frutos produzidos, de acordo com as observações em campo. Os frutos de G.
ulmifolia e S. adstringense são frequentemente procurados pela fauna. Assim, baseados em
resultados de outros estudos, recomendamos a utilização destas espécies nos plantio em pilhas
de rejeito de ardósia.
69
Consideramos que as métricas utilizadas neste trabalho foram adequadas e
apresentaram excelentes resultados para o propósito de monitoramento e indicação de
espécies, tendo em vista os cinco anos de monitoramento. Contudo, cabe salientar que as
métricas são temporais e podem variar com o passar do tempo. Desta forma, em estudos de
curta duração, devem ser utilizadas com cautela, pois, dependendo das condições edafo-
climáticas dos locais e o tempo de monitoramento estas espécies podem apresentar
comportamento distinto dos apresentados em nosso estudo. Assim, outros parâmetros devem
ser considerados quando da indicação de espécies como, por exemplo: dispersão de
propágulos, atração da fauna, formação de galhadas, formação de poleiros artificiais vivos,
interações múltiplas, entre outros.
Embora tenhamos avaliado apenas uma pequena amostra da ampla diversidade de
espécies do cerrado, os resultados aqui obtidos fornecem uma perspectiva otimista para a
possibilidade de sucesso da restauração de pilhas de rejeito de ardósia utilizando a técnica de
rochagem (pó de ardósia) ao substrato de recobrimento das pilhas de rejeito. Esta prática, se
utilizada em grande escala, irá contribuir para a redução dos impactos ambientais causados
pela deposição irregular do pó de ardósia, bem como pela diminuição da utilização de
insumos agrícolas utilizados nos plantios, além de reduzir os custos com a restauração destas
áreas.
Agradecimentos
Agradecemos a FAPEMIG pelo apoio financeiro (CRA 443/03 e EDT 2242/05) e pela
concessão de bolsa BIC para Camila, Fabrícia, Fernanda, Luiza, Mariana, Renata e Tiago; ao
Dr. Adriano Paglia pelo auxílio nas análises estatísticas; e à Micapel pelo apoio logístico e
operacional. GWF agradece ao suporte do CNPq (30 3352/2010-8, 56 1883/2010-6, 55
5980/2006-5) e da Fapemig (RDP-00048-10, CRA 583/03, 697/06).
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Capítulo 5
DECOMPOSIÇÃO DA SERAPILHEIRA – UMA FERRAMENTA DE BIOINDICAÇÃO DA RESTAURAÇÃO ECOLÓGICA DE ÁREAS
DEGRADADAS NO CERRADO
Artigo submetido à Acta Botânica Brasílica em setembro/2011.
Formatação de acordo com as normas da revista.
74
Decomposição da serapilheira – Uma ferramenta de bioindicação da restauração ecológica de
áreas degradadas no Cerrado
Valéria Lúcia de Oliveira Freitas1,2, Laís Ferreira Jales1 & Geraldo Wilson Fernandes3
1 Laboratório de Restauração Ecológica, Setor de Recursos da Terra, Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil 2 Autor para corespondência: [email protected] 3 Laboratório de Ecologia Evolutiva, Departamento de Biologia Geral, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil
75
RESUMO
(Decomposição da serapilheira – Uma ferramenta de bioindicação da restauração ecológica de
áreas degradadas no Cerrado). As taxas de decomposição da serapilheira de espécies florestais
são distintas em sítios em diferentes estádios sucessionais, devido à qualidade e diversidade
dos microhabitats. Este estudo teve como objetivo avaliar os fatores abióticos e bióticos que
influenciam o processo de decomposição da serapilheira em sítios de diferentes estádios
sucessionais no Cerrado, de julho/2008 a junho/2009. Os sítios em estádios sucessionais mais
avançados foram aqueles que apresentaram maior percentual de umidade do solo. A
porcentagem de decomposição da serapilheira, após 365 dias, variou de 10,7 a 56,4 % e foi
diretamente correlacionada ao estádio sucessional dos sítios. O coeficiente de decomposição
(K) apresentou valor superior no sítio em estágio avançado de sucessão (K=0,83) em relação
ao sítio controle (K=0,64), indicando que a micro e mesofauna do solo já se encontram em
processo de restauração das atividades biológicas do solo. Os resultados indicaram que as
interações dos fatores abióticos e bióticos, que regulam a funcionalidade dos ecossistemas, e o
estádio sucessional (microambiente) atuaram diretamente na velocidade de decomposição do
serapilheira. Assim, estudos que avaliam a decomposição da serapilheira, em áreas em
processo de restauração, são importantes ferramentas de bioindicação para a avaliação do
sucesso dos programas de restauração.
Palavras-chave: ardósia, espécies nativas, litter, mineração
ABSTRACT
(Decomposition of litter – The bioindication tool from the ecological restoration of degraded
areas in the Cerrado). The decomposition rates of litter from forest species are distinct sites in
different successional stages, due to the quality and diversity of microhabitats. This study
aimed to assess the abiotic and biotic factors that influence the process of decomposition of
litter in areas of different successional stages in the Cerrado from July/2008 to June/2009. The
sites at more advanced successional stages were those wich showed the highest percentage of
soil moisture. The percentage of leaf litter decomposition after 365 days varied from 10.7 to
56.4% and was directly correlated to the stage of successional sites. The decomposition
coefficient (K) showed a higher value from the site in an advanced stage of succession (K =
0.83) compared to the control site (K = 0.64), indicating that the micro-and mesofauna of the
soil are already in the restoration process of biological soil activity. The results indicated that
the interactions of abiotic and biotic factors, which regulate the function of ecosystems, and
successional stages (microenvironment) acted directly on the litter decomposition rate. Thus,
76
studies that evaluate the leaf litter decomposition, in areas still in restoration process, are
important bioindication tools for evaluating the success of restoration programs.
Key words: litter, mining, native species, slate
Introdução
O bioma Cerrado apresenta expressiva biodiversidade (Felfili et al. 2004) e é considerado
a formação savânica com maior diversidade do mundo (Guarim Neto & Morais 2003).
Também é a segunda maior formação vegetacional do Brasil (Felfili et al. 2002), bem como a
maior savana neotropical do mundo (Ab’Saber 1977; Henriques 2003; Rezende & Felfili
2004). Apesar da sua importância, este bioma sofre com a grande expansão agrícola do país,
devido aos desmatamentos, queimadas, uso de fertilizantes químicos e agrotóxicos, atividades
de mineração, ecoturismo e outras atividades que desconfiguram a sua paisagem. Estas ações
resultam em processos altamente impactantes como a fragmentação de habitats, extinção da
biodiversidade, invasão de espécies exóticas, erosão dos solos, poluição de aqüíferos,
degradação de ecossistemas, alterações nos regimes de queimadas, desequilíbrios no ciclo do
carbono e mudanças climáticas regionais (Klink & Machado 2005). Deste modo, ações que
visam a restauração ecológica destas áreas são importantes para minimizar estes impactos
negativos (Kageyama & Gandara 2005) devolvendo ao sítio sua estrutura e funcionalidade
(Engel & Parrota 2003).
Apesar dos diversos estudos de restauração de áreas degradadas, ainda são poucos os
trabalhos desenvolvidos no cerrado devido às suas características edafoclimáticas e escassez
de conhecimento básico para nortear as ações visando sua restauração (Durigan 2003). Deste
modo, é necessário buscar ferramentas capazes de avaliar o processo de restauração e o
restabelecimento dos processos ecológicos (Souza 2000). Neste contexto, o
biomonitoramento pode ser utilizado para avaliar o grau de degradação ou de restauração de
um ecossistema (Rodrigues & Gandolfi 1998), sendo capaz de indicar alterações
populacionais, funcionais e estruturais das populações e comunidades (Davis et al. 2001).
Com o uso destes indicadores é possível definir se um projeto de recomposição da cobertura
vegetal necessita sofrer intervenções visando acelerar o processo de sucessão e restauração
das funções da vegetação implantada (Martins 2001).
A serapilheira atua na superfície do solo como um sistema de entrada e saída, recebendo
entradas via vegetação, por meio da deposição de folhas, ramos, flores e frutos. Quando se
decompõem, supre o solo e as raízes com nutrientes e matéria orgânica, restaurando a
fertilidade do solo em áreas em início de sucessão ecológica (Ewel, 1976). Dentre diversos
77
bioindicadores, a serapilheira tem sido recomendada (Rodrigues & Gandolfi 1998; Martins
2001; Arato et al. 2003; Gama-Rodrigues et al. 2003). Contudo, ainda são escassos estudos
que utilizam bioindicadores como ferramenta na avaliação da restauração ecológica (Machado
et al. 2008).
A produção de serapilheira, ao longo do ano, e a qualidade produzida estão diretamente
relacionadas às variações sazonais, de acordo com o tipo de vegetação (Leitão-Filho 1993), o
estádio sucessional (Olson 1963; Ewel 1976), a composição de espécies (Selle 2007), as
condições edafoclimáticas e a disponibilidade hídrica do solo (Vitousek & Sanford Jr. 1986;
Selle 2007). Além do seu importante papel na ciclagem de nutrientes, o acúmulo de
serapilheira reduz as amplitudes de temperatura, altera a taxa de evapotranspiração,
aumentando a umidade local do solo, proporcionando maior diversidade de habitats e
microclimas que podem influenciar diretamente a estrutura e composição das comunidades
locais (Vital et al. 2004). O conjunto serapilheira-solo não representa somente fonte de
carbono e energia para os organismos do solo, mas também o habitat onde muitas das ações
dos organismos ocorrem, garantindo a sua sobrevivência e reprodução. A serapilheira é a
porção mais dinâmica desse conjunto e, possivelmente, a mais variável não só entre
ecossistemas, mas também dentro de um mesmo ecossistema (Santos & Camargo 1999; Selle
2007).
Embora utilizada para caracterizar a dinâmica de produção, decomposição e ciclagem de
nutrientes (Souza & Davide 2001; Toledo & Pereira 2004), a serapilheira ainda não é
considerada como bioindicadora para a avaliação da restauração ecológica (Arato et al. 2003;
Moreira & Silva 2004; Araújo et al. 2005). Este trabalho teve como objetivo avaliar se sítios
em diferentes estádios sucessionais apresentam padrão de decomposição da serapilheira
distinto, com vista a utilizar este parâmetro como bioindicador de áreas em processo de
restauração ecológica. Também foram avaliados os fatores abióticos e bióticos que
influenciam o processo de decomposição da serapilheira em áreas de diferentes estádios
sucessionais no Cerrado – durante o período de 12 meses consecutivos – e estimada a taxa de
decomposição do material foliar por meio da constante de decomposição (K).
Material e métodos
Área de estudo
O estudo foi conduzido em áreas pertencentes à Mineração Capão das Pedras Ltda.
(Micapel) situada no pólo produtor de ardósia de Minas Gerais, município de Papagaio
(19°42’S, 43°30’W), localizado a uma distância média de 150 km de Belo Horizonte.
Segundo a classificação climática de Köppen, o clima da região é o Cwa – clima temperado
78
úmido, com verão quente e chuvoso e inverno seco. As formações vegetais que ocorrem na
região são o Cerrado lato sensu e as Florestas Estacionais Semi-Deciduais. Nos sítios
estudados, ocorre o Cambissolo, caracterizado como moderadamente ácido (pH = 5,15 ±
0,28), distrófico, deficiente em fósforo, cálcio e magnésio, apresentando pouca
disponibilidade de nitrogênio (V. Freitas, dados não publicados). Os dados pluviométricos dos
sítios foram fornecidos pela Micapel. As médias mensais de temperatura foram obtidas da
Estação Metereológica de Sete Lagoas, MG, a mais próxima ao local do experimento, junto à
Embrapa Milho e Sorgo. As coletas foram realizadas de julho de 2008 a junho de 2009 em
três sítios de diferentes estádios sucessionais e distanciados cerca de 800m (Tab. 1). O estudo
foi realizado em sítios experimentais em dois estágios de sucessão, Início e Avançado, e o
cerrado não impactado foi considerado como sítio controle.
Caracterização do solo
Para avaliar a capacidade do solo em armazenar e transferir calor, foram feitas quatro
medidas da temperatura na superfície e a 10 cm de profundidade, por sítio, nos meses de
coleta das bolsas decompositoras, com auxílio de termômetro digital.
Oito amostras compostas de solo (0-10 cm de profundidade) foram coletadas em cada um
dos sítios amostrais, por coleta. Cada amostra foi composta por 10 sub-amostras coletadas
próximas às bolsas decompositoras. O conteúdo de água, expresso como a diferença em
porcentagem entre o peso úmido e o peso seco, foi calculado pelo método gravimétrico
(Embrapa 1997), após secagem em estufa a 100 °C por 24 h.
Decomposição da serapilheira
A estimativa da decomposição da serapilheira foi avaliada por meio de amostras do
folhedo recém caído e em bom estado de conservação, recolhido no sítio Avançado, pois era o
único que apresentava material suficiente para a confecção das bolsas decompositoras. A
maior parte da serapilheira era composta de material foliar e ramos com pequeno diâmetro. O
material coletado foi encaminhado para o laboratório e secado em temperatura ambiente de
acordo com Tanner (1981), por 15 dias. Após a secagem este material foi pesado em balança
analítica e 20 g (massa seca inicial) foram acondicionadas em bolsa decompositora de náilon
(malha de 1 mm2), com dimensões de 20x20 cm (Anderson & Ingram 1989). Em seguida 40
bolsas decompositoras foram dispostas sobre o solo, por sítio amostral. Para efeito de
amostragem os sítios foram subdivididos em 4 unidades amostrais, Norte, Sul, Leste e Oeste,
distantes 200 m uma das outras. No período de 365 dias, foram coletadas aleatoriamente seis
bolsas por sítio, com intervalo médio de 60 dias. As bolsas foram colocadas em sacos
plásticos e levadas ao laboratório, onde foram retirados os materiais que estavam presos
79
externamente antes da sua abertura. As amostras foram limpas manualmente, para retirar o
solo aderido, secas e pesadas (Tanner 1981) em balança analítica com precisão de quatro
casas decimais (0,0001 g).
Análises estatísticas
Inicialmente, os dados foram submetidos ao teste de normalidade Kolmogorov-
Smirnov (Zar 1999) para verificar o ajuste à curva normal. Para avaliar a influência dos
fatores abióticos na decomposição da serapilheira foram calculados os coeficientes de
correlação de Pearson entre a taxa de decomposição da serapilheira e as variáveis:
temperatura média mensal, média mensal das temperaturas máximas, média mensal das
temperaturas mínimas, precipitação pluviométrica mensal, temperatura e umidade do solo.
Para verificar diferenças estatísticas na decomposição da serapilheira entre os períodos
amostrados, foi realizada a análise de variância (ANOVA) seguida do teste de Tukey (Zar
1999). Foi avaliada a perda de massa e a taxa de decomposição (K) segundo o modelo
exponencial simples de Olson (1963): K= -ln(1-K’), onde K’ é a razão entre a fitomassa
perdida em determinado período e a fitomassa inicial. Calculou-se ainda a curva de regressão
para os valores de biomassa foliar remanescentes em cada coleta das bolsas decompositoras
por sítio amostral (Zar 1999).
Resultados e discussão
Durante o estudo, o período de seca ocorreu de julho a outubro/08 e maio e junho/09,
exceto setembro/08 (59,5 mm) que apresentou características de estação úmida (Fig. 1). O
período de chuvas ocorreu de novembro/08 a março/09, com precipitações pluviométricas
variando de 106,5 a 430,5 mm. O valor médio da temperatura para o período foi de 22,8 °C.
A maior temperatura média ocorreu no mês de março (24,9 °C) e a menor, no mês de julho
(19,0 °C), indicando baixa variação ao longo do ano (Fig. 1). O total de precipitação
pluviométrica no período foi de 1632,5 mm. Os maiores valores foram registrados nos meses
de dezembro/08 (430,5 mm) e janeiro/09 (321,5 mm) e o menor no mês de julho/08 (0 mm).
No período seco, a temperatura na superfície do solo variou de 24,3 a 42,1 oC; e a 10 cm
de profundidade de 21,1 a 32,6 oC (Tab. 2). O sítio controle apresentou menores diferenças
entre a temperatura da superfície e a 10 cm de profundidade. Para o período chuvoso, a
variação foi de 25,8 a 41 oC na superfície do solo e de 23,3 a 32,3 oC a 10 cm de
profundidade. Os sítios em estádio avançado de sucessão e controle apresentaram
temperaturas inferiores ao sítio em início de sucessão. Foram registradas temperaturas acima
de 30 oC na superfície do solo em todas as amostras do sítio início de sucessão. Esse fato pode
ser explicado pela ausência de vegetação para a interceptação dos raios solares, que também
80
pode ter influenciado nas altas temperaturas encontradas na estação chuvosa em relação aos
outros sítios e confirmam a importância da vegetação na manutenção da temperatura na
superfície do solo ao longo do ano. As menores diferenças de temperatura do solo na estação
chuvosa foram verificadas nos sítios avançados, com variação de 2,5 a 3,4 e controle,
variando de 2,1 a 3,4 (Tab. 2). Essa pequena variação pode ser explicada pela presença da
serapilheira no solo e da cobertura vegetal, que protegem o solo da radiação direta, reduzindo
as bruscas mudanças de temperatura do solo, fator importante no processo de decomposição
(Costa et al. 2007).
As menores porcentagens de umidade do solo ocorreram nos meses que correspondem ao
período de seca. No período chuvoso houve um aumento no percentual de umidade, condição
satisfatória para a maior atividade dos organismos edáficos, importantes colaboradores no
processo de degradação do material orgânico (Costa et al. 2007). A avaliação da umidade do
solo apontou que os sítios que apresentam cobertura vegetal significativa, sítio avançado e
controle, apresentaram maiores taxas de umidade do solo (Tab. 3), devido à menor incidência
solar diretamente sobre a superfície do solo e maior permeabilidade que um solo desnudo. Os
dados do sítio avançado, para o período da seca, foram superiores, de 30 a 100%, ao do início
e inferiores ao do cerrado, de 30 a 300%, indicando que, por ser uma área em estádio
avançado de sucessão, esse sítio já apresenta boas condições de retenção da umidade do solo,
mas ainda não atingiu o padrão do sítio controle.
Os fatores abióticos exerceram pouca influência sobre a taxa de perda de massa, que em
conjunto explicaram 19,4% da variação na perda de massa (R2 = 0,19). Estes resultados
indicam que o processo de decomposição foi fortemente influenciado pelas características dos
sítios de amostragem, ou seja, pela qualidade dos microambientes, uma vez que os três sítios
estão submetidos às mesmas condições climáticas. Assim, o conhecimento das condições
edafoclimáticas dos sítios é de extrema importância para a compreensão da atividade dos
organismos edáficos e, consequentemente, dos processos biológicos que ocorrem nos solos. A
temperatura, precipitação, evapotranspiração real, umidade, aeração e estrutura do solo são
variáveis ambientais que têm grande influência no processo de decomposição (Singh & Gupta
1977; Meguro et al. 1980; Terror et al. 2011). Além disto, a precipitação favorece a lixiviação
da serapilheira do solo que libera quantidade significativa de nutrientes no solo (Alves &
Santos, 2002; Dickow et al. 2008). Nos períodos mais úmidos a atividade dos organismos
decompositores é mais intensa (Backes et al. 1998) ocorrendo maior liberação de CO2 da
matéria orgânica do solo devido ao aumento da população microbiana (Swift et al. 1979).
81
Entretanto, o excesso de umidade no solo retarda a atividade de organismos decompositores,
diminuindo a velocidade de decomposição (Swift et al. 1979).
A perda de massa das bolsas decompositoras foi estatisticamente diferente entre os sítios
estudados (F(2,78)= 18,68; p< 0,0001). A percentagem de decomposição variou de 10,7 a
56,4% (Tab. 4). A taxa de decomposição da serapilheira no sítio controle (cerrado) diferiu
significativamente apenas do sítio em estádio inicial de sucessão, confirmando a influência do
estádio sucessional na taxa de decomposição da serapilheira (Fig. 2). Maman et al. (2007)
encontraram uma taxa de decomposição de 59,5% para uma área de cerradão em Mato
Grosso, valor semelhante ao encontrado neste estudo (Tab. 4). Diferenças na taxa de
decomposição da serapilheira entre diferentes fisionomias de cerrado podem ser atribuídas ao
tipo de cobertura vegetal, à qualidade do material, à atividade da fauna do solo e às condições
ambientais, especialmente temperatura e umidade. Segundo Mason (1980), as taxas de
decomposição tendem a aumentar das fisionomias abertas para as fechadas, e isso ocorre
devido ao aumento da umidade e nutrientes no solo. Diferenças nesta taxa expressam a
interação entre os microambientes e a qualidade do substrato. O material utilizado nas bolsas
decompositoras foi proveniente de um único sítio, homogeneizado, acondicionado nas bolsas
e distribuídos nos três sítios. Assim, pode-se afirmar que as diferenças encontradas refletem a
qualidade dos microambientes (condições edafoclimáticas locais, composição e abundância
da comunidade detritívora). Os processos de decomposição e mineralização não são
influenciados somente pela qualidade do substrato, mas também pela interação dos fatores
físico-químicos e da biota decompositora (Gama-Rodrigues et al. 2003). Tendo em vista que
o solo e seus componentes bióticos sofreram alterações significativas, nos dois sítios
submetidos à restauração ecológica, nossos resultados apontam que a micro e mesofauna do
solo se encontram em processo de restauração no sítio em estádio avançado de sucessão.
A perda de massa da serapilheira avaliada nesse trabalho não foi mais intensa nos
primeiros meses (Tab. 4) conforme observado por Cianciaruso et al. (2006). Isto pode ter
ocorrido devido ao fato do experimento ter iniciado na estação seca. A velocidade da
decomposição poderia ser maior se o experimento tivesse iniciado no período de chuva e de
maior umidade, quando se espera maior atividade dos organismos decompositores
(Cianciaruso et al. 2006). Entretanto, Tanner (1981) e Scheer (2008) afirmam que a
decomposição mais rápida no início do experimento ocorre independentemente da época do
ano. Espera-se uma decomposição mais rápida no início do processo, quando ocorre a
fragmentação de partículas, a liberação de compostos menos resistentes e/ou mais facilmente
lixiviáveis (como açúcares, amido e proteínas) que são rapidamente utilizados pelos
82
decompositores (Ewel 1976). Posteriormente, ocorre a degradação de estruturas mais
resistentes e de compostos mais estáveis e de difícil decomposição, como a lignina (Ewel
1976; Swift et al. 1979), celulose, gorduras, ceras e taninos, como nervuras e pecíolos,
diminuindo assim a velocidade de decomposição (Ewel 1976).
No primeiro mês de avaliação, os três sítios apresentaram taxa de decomposição
estatisticamente semelhante. A partir da quarta avaliação, o sítio avançado apresentou o
mesmo padrão na taxa de decomposição que o sítio controle (Fig. 2), indicando a utilização da
taxa de decomposição da serapilheira como uma das ferramentas de bioindicação do processo
de restauração ecológica (Fig. 2).
Durante o experimento foi verificada a influência das diferentes estações na taxa de
decomposição da serapilheira (F(2,78)= 18,68; p< 0,0001). Na estação chuvosa, os sítios
avançado e controle apresentaram valores estatisticamente superiores que na estação seca.
Esse fato é explicado pela intensa atividade de organismos decompositores (Backes et al.
1998) proporcionando maior liberação de CO2 da matéria orgânica do solo (Swift et al. 1979)
e consequentemente favorecendo a colonização dos organismos decompositores.
O índice de decomposição (K) (Tab. 4), durante o período experimental, para os sítios
avançado (K= 0,83) e controle (K= 0,64) foram superiores aos encontrados em outros estudos
realizados no cerrado. Delitti (1998) relatou a existência de uma variação considerável entre
os valores de decomposição (K) nas diversas fisionomias deste bioma. Santos & Rodrigues
(1982), em estudo realizado em cerrado em Corumbataí, SP, encontraram valor de K de 0,51,
enquanto Delitti (1998) encontrou valores de K de 0,25 e 0,29 para um campo cerrado e
Ciancianuso et al. (2006) encontraram também alto valor de K (0,56) em um cerradão na
Estação Ecológica de Jataí, SP. As diferenças encontradas entre os trabalhos podem ser
explicadas pelas características intrínsecas do cerrado. As diferentes fitofisionomias, a
qualidade do material do material da serapilheira, a florística, a atividade da fauna do solo e às
condições climáticas, especialmente temperatura e umidade, influenciam diretamente a
decomposição da serapilheira. Ressalta-se ainda que, as taxas de decomposição tendem a
aumentar de fisionomias abertas para as fechadas, devido ao aumento da umidade e nutrientes
no solo (Mason 1980) e a presença ou ausência esclerofilia (Coutinho 1978; Durigan et al.
1987; Goodland & Ferri 1979; Rizzini 1997). Além disto, devido à ampla distribuição desse
bioma e suas diversas fisionomias, o pH desses solos também apresenta uma grande variação,
afetando diretamente a ação dos organismos decompositores (Arens 1958).
Os resultados obtidos indicam que as interações dos fatores abióticos e bióticos, que
regulam a funcionalidade dos ecossistemas, atuam diretamente na velocidade de
83
decomposição do serapilheira. Mesmo localmente, o processo de decomposição é
influenciado qualidade e diversidade dos microambientes e não apenas pela qualidade do
substrato. Deste modo, o estádio sucessional (microambiente) influencia diretamente os
atributos de qualidade que regulam o processo de decomposição da serapilheira. Assim, pode-
se inferir que a decomposição da serapilheira pode ser utilizada como ferramenta de
bioindicação da restauração ecológica em áreas de cerrado, submetidas às mesmas condições
edafoclimáticas.
Agradecimentos
A FAPEMIG pelo apoio financeiro do projeto e pela concessão da bolsa BIC para Laís; ao Dr.
Adriano Paglia pelo auxílio nas análises estatísticas.
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87
Tabela 1. Caracterização dos sítios experimentais.
Sítio FisionomiaEstádio
SucessionalCaracterísticas Técnica de Restauração Implantação Esp écies
Início Cerrado InícioPilha de rejeitode ardósia
Nucleação e semeadura direta em todo talude, topo desnudo nov/06
Nativas docerrado
Avançado Cerrado AvançadoPilha de rejeitode ardósia
Plantio em linhas alternadas, pioneiras e não pioneiras, em toda a pilha (talude e topo) jan/04
Nativas docerrado
Cerrado Cerrado ConservadoFragmento detamanho médio
Típicas do cerrado
Tabela 2. Temperatura média (°C) na superfície e a 10 cm de profundidade do solo nos sítios
de estudo, em diferentes estádios sucessionais.
Sítio Meses
jul/08 set/08 nov/08 jan/09 mar/09 mai/09 jul/09
Início Superfície 30,5 33,4 41,0 38,2 33,4 36,1 38,2 10 cm 26,0 30,6 28,2 32,3 31,0 27,6 23,6 Avançado Superfície 34,9 39,1 29,4 31,7 25,8 34,6 42,1 10 cm 23,1 32,0 26,9 28,3 23,3 32,6 26,4 Cerrado Superfície 24,3 34,0 28,7 29,8 32,0 29,1 30,2 10 cm 21,1 25,0 25,3 27,7 28,6 22,1 21,3
Tabela 3. Percentagem média de umidade do solo nos sítios de estudo, em diferentes estádios
sucessionais. (Média ± Desvio Padrão)
Sítio Meses
jul/08 set/08 nov/08 jan/09 mar/09 mai/09 jul/09
Início 10,0 (2,9) 3,5 (2,2) 14,4 (1,7) 22,0 (2,4) 15,1 (1,4) 11,5 (2,2) 10,4 (3,0)
Avançado 13,3 (1,9) 4,3 (0,5) 22,4 (0,5) 21,3 (2,9) 14,3 (1,7) 13,6 (1,7) 16,0 (0,8)
Controle 16,3(1,7) 14,1 (1,9) 26,5 (1,1) 25,6 (2,1) 19,7 (3,8) 17,7 (0,5) 19,5 (0,5)
88
Tabela 4. Percentagem média de decomposição e do coeficiente de decomposição da
serapilheira em cada período de coleta nos diferentes sítios de estudo, em diferentes estádios
sucessionais (n=38).
Variável Data da
coleta
Período
(dias)
Sítios
Início Avançado Controle
%
decomposta
1/jul 0 0,0 0,0 0,0 c
2/set 63 2,7 b 8,5 c 11,5 c
24/nov 146 2,7 b 13,6 c 16,1 c
28/jan 210 4,0 ab 26,7 bc 25,1 bc
24/mar 265 4,0 ab 37,3 ab 42,7 ab
28/mai 331 4,0 ab 43,2 ab 30,1 abc
1/jul 365 10,7 a 56,4 a 47,5 c
Coeficiente
de
decomposição
(K)
1/jul 0 0,00 0,00 0,00
2/set 63 0,03 0,09 0,12
24/nov 146 0,03 0,15 0,17
28/jan 210 0,04 0,30 0,29
24/mar 265 0,04 0,47 0,36
28/mai 331 0,04 0,56 0,56
1/jul 365 0,14 0,83 0,64
89
Figura 1. Diagrama climático construído a partir das médias mensais de temperatura e dos
dados pluviométricos (Walter 1986). Traço inferior = temperatura média; traço superior =
precipitação pluviométrica; hachura vertical = estação relativamente úmida; hachura escura =
estação superúmida; hachura horizontal = estação relativamente seca.
90
Figura 2. Percentagem de massa remanescente de serapilheira recolhida das bolsas
decompositoras e a respectiva linha de tendência exponencial, no período de julho/08 a
julho/09, em três sítios de diferentes estádios sucessionais.
91
Capítulo 6
ATRIBUTOS MICROBIANOS DE SOLOS COMO INDICADORES DA RESTAURAÇÃO ECOLÓGICA DE ÁREAS DEGRADADAS PELA
MINERAÇÃO DE ARDÓSIA
Artigo a ser submetido à Revista Pesquisa Florestal Brasileira.
Formatação de acordo com as normas da revista.
92
Atributos microbianos de solos como indicadores da restauração ecológica de áreas
degradadas pela mineração de ardósia
Valéria Lúcia de Oliveira Freitas 14, G. Wilson Fernandes 25
RESUMO
Além de causar enormes impactos, os processos de mineração destroem a estrutura física do
solo causando alterações drásticas na diversidade taxonômica e funcional das comunidades
microbianas. Este fato possibilita a utilização de atributos microbiológicos e bioquímicos do
solo como indicadores do processo de degradação. Este trabalho teve como objetivo avaliar
atributos microbiológicos do solo de sítios em processo de restauração ecológica e verificar a
aplicabilidade da utilização destes atributos como indicadores da qualidade de solos. Dentre
os grupos funcionais selecionamos os fungos solubilizadores de fosfatos e os celulolíticos
para esta abordagem. Foram coletadas, trimestralmente, quatro amostras compostas em três
sítios que se encontram em diferentes estádios sucessionais (Início, Avançado e Controle). O
número de Unidades Formadoras de Colônias (UFC’s) variou significativamente ao longo do
estudo e entre os estádios sucessionais para os fungos solubilizadores de fosfato e
celulolíticos. Os estudos evidenciam que o aumento da complexidade ambiental e a
sazonalidade afetam diretamente a comunidade de fungos solubilizadores de fostatos e
degradadores de celulose. Assim, os fungos solubilizadores de fosfato e celulolíticos podem
servir como indicadores biológicos para a compreensão da estabilidade e da produtividade dos
ambientes. Os resultados indicaram que o sítio em estágio inicial de sucessão está em
processo de restauração ecológica, mas ainda distante das condições consideradas naturais.
Contudo, o sítio que apresentou vegetação em processo de estruturação vertical, em estádio
avançado de sucessão, apresentou valores semelhantes aos encontrados no sítio controle.
Palavras-chave: Bioindicadores, Fosfato, Celulose, Mineralização
1 4 Pesquisadora em Ciência & Tecnologia da Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - CETEC/MG. email: [email protected] 2 5 Professor Titular, Dep. de Biologia Geral do Instituto de Ciências Biológicas, UFMG. email: [email protected]
93
Microbial attributes of soils as indicators of ecological restoration of areas degraded by mining slate
ABSTRACT
In addition to causing enormous impacts, mining processes destroy the physical structure of
the soil causing drastic changes in taxonomic and functional diversity of microbial
communities. This fact allows the use of microbiological and biochemical attributes of soil as
an indicator of the degradation process. This work aimed to evaluate the soil microbiological
attributes of sites in the process of ecological restoration and verify the applicability of using
these attributes as indicators of soil quality. Among the functional groups selected
solubilizing the phosphate and cellulolytic fungi to this approach. Were collected on a
quarterly basis, four composite samples in the three sites are at different successional stages
(Beginning, Advanced and Control). The number of Colony Forming Units (CFU's) varied
significantly throughout the study and among stages for phosphate solubilizing and
cellulolytic fungi. Studies show that increasing environmental complexity and seasonality
directly affect the community of phosphates solubilizing and degrade cellulose fungus. Thus,
the phosphate solubilising and cellulolytic fungus can serve as indicators for understanding
the biological stability and the productivity of environments. The results indicated that the site
in early stages of succession is in the process of ecological restoration, but still far from
natural conditions considered. However, the site showed that vegetation in the process of
vertical structure, in advanced stages of succession, showed values similar to those found
under natural conditions.
Keywords: Bioindicators, Cellulose, Mineralization, Phosphate
94
INTRODUÇÃO
Os impactos ambientais negativos causados pela mineração alteraram a paisagem e
destroem a estrutura física do solo, diminuindo o estoque de matéria orgânica, interferindo na
disponibilidade de água, na atividade biológica e em especial na disponibilidade de nutrientes
como o N, P e S para as plantas (Franco et al., 1996). Além disto, causam alterações drásticas
na diversidade taxonômica e funcional das comunidades microbianas. Desta forma a biota
microbiana dos solos seria um potencial indicador do processo de degradação bem como o de
sua restauração (e.g., DeGrood et al., 2005). Porém, a maior parte dos estudos de qualidade de
solo utiliza somente os indicadores físicos e químicos (Doran et al., 1994). Alguns atributos
microbiológicos e bioquímicos como a densidade total de fungos e de solubilizadores de
fosfato são considerados bioindicadores de restauração dos solos, em potencial (Santos &
Camargos, 1999; Peña et al., 2005, Sautter, 1998; Andrade, 1999;Vargas & Scholles, 2000;
Peña et al., 2005; Silveira et al., 2006). No entanto, ainda são escassas informações sobre o
uso de bioindicadores do solo nesta área (Peña et al., 2005; Colozzi Filho et al., 1999).
O conhecimento da comunidade de microrganismos do solo, a quantificação de fungos
totais e a quantificação de grupos funcionais indicam como os processos bioquímicos estão
ocorrendo (Melloni et al., 2001). Estes microrganismos são de extrema importância por serem
responsáveis pela manutenção da funcionalidade, sustentabilidade, equilíbrio dos
ecossistemas (Mason, 1980; Melloni et al., 2001; Silveira et al., 2006) e restauração de áreas
degradadas (Campello, 1998; Sautter, 1998; Vargas & Scholles, 2000). Dadas as
características edáficas, este grupo parece ter uma importância muito grande nos tpos
vegetacionais (Carvalho et al., 2012). Deste modo, é importante monitorar o processo de
sucessão vegetal aliado às alterações físicas, químicas (Dias et al., 1994) e biológicas do solo
ao longo do tempo (Oliveira, 1997; EMBRAPA, 2002, Baptista et al., 2004). Os fungos
solubilizadores de fosfato são capazes de mineralizar fosfatos orgânicos e solubilizar fosfatos
inorgânicos, permitindo a liberação de fósforo assimilável pelas plantas (Silva Filho, 1998). O
tamanho da sua população e a sua capacidade de solubilização estão intimamente
relacionados ao tipo e manejo do solo (Nahas et al., 1994), às condições abióticas do solo
(Eira, 1992) e ao tipo de vegetação (Kirchner et al., 1993), entre outros. A hidrólise da
celulose, realizada por microrganismos celulolíticos, e sua quantificação dá indicação do
processo de mineralização de substratos orgânicos e do ciclo do C no solo (Cerri et al., 1992).
Devido ao alto grau de impacto no solo, promovido pela atividade mineradora, espera-
se que os sítios em início de sucessão apresentem menor diversidade e abundância de fungos e
que esta responda de maneira diferenciada à sazonalidade e à complexidade da estrutura
95
vegetal. Este trabalho teve como objetivo avaliar atributos microbiológicos do solo de sítios
em processo de restauração ecológica e verificar a aplicabilidade da utilização destes atributos
como indicadores da qualidade de solos.
MATERIAL E MÉTODOS
Os sítios de estudo localizam-se no Município de Papagaio/MG, na zona do Alto São
Francisco – maior pólo produtor de ardósia do Brasil (Oliveira et al., 2001). O trabalho foi
conduzido de junho 2007 a julho de 2009, em área particular da Mineração Capão das Pedras
Ltda - Micapel (19°42’S, 43°30’W). Segundo a classificação climática de Köppen, o clima da
região é o Cwa – clima temperado úmido, com verão quente e chuvoso e inverno seco. As
formações vegetais que ocorrem na região são o Cerrado stricto sensu, as Florestas
Estacionais Semi-Deciduais e o Campo Cerrado. O solo, nos sítios estudados, é classificado
como Cambissolo, caracterizados como moderadamente ácido (pH = 5,15 ± 0,28), distróficos,
deficiente em fósforo, cálcio e magnésio, apresentando pouca disponibilidade de nitrogênio
(Freitas, dados não publicados). Os dados pluviométricos foram fornecidos pela Micapel e as
médias mensais de temperatura foram obtidas da Estação Metereológica de Sete Lagoas.
O estudo foi realizado em sítios experimentais que correspondem às pilhas de rejeito,
que estão distanciados 800m, que se encontram em diferentes estádios sucessionais, Inicial e
Avançado. Estas são constituídas por material de capeamento (solo e rocha alterada) e rejeitos
de lavra (cacos de rocha fresca), dispostos aleatoriamente. O cerrado não impactado foi
considerado como tratamento controle (Tabela 1).
A amostragem do solo foi realizada trimestralmente, nos períodos seco e chuvoso,
visando avaliar a variação sazonal das comunidades fúngicas nos sítios. Os sítios foram
divididos em quatro parcelas, 10 x 50 m, onde foram coletas amostras de solo de 10 pontos
por parcela, na profundidade de zero a 10 cm, totalizando quatro amostras compostas por
sítio. As amostras foram coletadas 24 horas antes do experimento e transportadas em sacos
plásticos estéreis até o laboratório de Microbiologia da Fundação Centro Tecnológico de
Minas Gerais.
96
Tabela 1 - Caracterização dos sítios amostrais.
Sítio Estádio Sucessional
Características Técnica de restauração
Implantação Espécies
Início Início Pilha de rejeito de ardósia
Nucleação e semeadura direta em todo talude, topo desnudo
nov/06 Nativas do cerrado
Avançado Avançado Pilha de rejeito de ardósia
Plantio em linhas alternadas, savânicas e florestais, em toda a pilha (talude e topo)
dez/03 Nativas do cerrado
Controle Conservado Fragmento de 20 hectares
Típicas do cerrado
As amostras foram peneiradas para a eliminação dos resíduos maiores de solo e raízes.
Posteriormente, foram submetidas à técnica de diluição em série, onde uma amostra de 1 g
deste material foi diluída em 9 ml de solução salina (0,85%). Posteriormente, 1 ml desta
solução foi diluída em 9 ml de solução salina e este procedimento foi realizado até a obtenção
da diluição 10-3. O número de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s) foi determinado
pelo método de plaqueamento com alíquotas de 0,1 ml de suspensão por placa para os dois
meios de cultura, com quatro repetições por amostra. Os meios utilizados foram de
Pikowiskaia (MP), para os fungos solubilizadores de fosfato, e meio de Ágar simples coberto
com papel filtro (MC) para os fungos celulolíticos.
As placas com os meios inoculados foram incubadas a 25ºC, com a contagem das
colônias realizadas aos sete e quinze dias após a inoculação. Os fungos solubilizadores
formaram, em torno de si, um halo facilmente visível em contraste com o meio opaco. Os
fungos celulolíticos apresentaram degradação visível do papel filtro. As colônias foram
isoladas e purificadas para posterior identificação e classificação.
Para a avaliação da população dos fungos, utilizou-se o delineamento em blocos
casualizados com 4 repetições, com os tratamentos em arranjo fatorial 3 x 9 x 2 (estádio
sucessional x meses x época) para cada grupo funcional, solubilizadores de fosfato e
celulolíticos.
97
Tratamento estatístico dos dados
Para verificar diferenças estatísticas no número de UFC´s entre os estádios
sucessionais e a sazonalidade os resultados foram submetidos ao teste de homogeneidade e
normalidade das variâncias (Draper & Smith, 1980; Sokal & Rolf, 1981). Posteriormente, os
dados foram transformados em (log x + 1) para a condução da análise de variância (ANOVA).
O teste de Tukey foi utilizado para comparação das médias dos tratamentos que apresentaram
diferença significativa a 5% (Zar, 1996). Os resultados gráficos são apresentados com os
dados originais sem transformação.
RESULTADOS & DISCUSSÃO
Na região de estudo a estação seca ocorreu de maio a outubro, excetuando-se o mês de
setembro/08 que apresentou características de estação úmida. Os meses de novembro a março
apresentaram características de uma estação superúmida, exceto março/07, com as
precipitações pluviométricas variando de 106,5 a 463 mm (Figura 1). O valor médio da
temperatura foi de 22,8 °C, variando de 24,9 a 19,0 °C, ou seja, existe uma pequena variação
da temperatura ao longo do ano.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Pre
cipi
taçã
o (m
m)
20072008
2009
Figura 1 – Variação pluviométrica mensal no período de janeiro de 2007 a março de 2009,
Papagaio, MG. Dados fornecidos pela Micapel.
98
Cada placa de cultura apresentou número de colônias inferior a 30 UFC’s, facilitando
o isolamento das colônias para posterior identificação. O número de UFC’s de fungos
solubilizadores de fosfato variou significativamente ao longo do estudo e entre os estádios
sucessionais (F(16,297) = 4,73; p < 0,0001, Figura 2). Com o avanço da sucessão da serapilheira,
a composição da serapilheira alterou as suas propriedades apresentando maiores
concentrações de N e K, provavelmente favorecendo a atividade microbiana. Além disto, com
o avanço da sucessão tende a ocorrer uma diminuição da esclerofilia (Boeger & Wisniewski,
2003) e aumento da quantidade de matéria orgânica (Ruegger & Tauk-Tornisielo, 2004),
fatores que determinam a ocorrência e distribuição dos fungos no solo. No início do período
chuvoso ocorreu um aumento do número de UFC’s com um decréscimo no período de chuva
intensa, exceto no período de novembro/08 a fevereiro/09 no sítio controle. Embora a
umidade do solo regule as flutuações das populações de fungos, onde os extremos limitam o
desenvolvimento microbiano, o sítio controle apresentou uma menor variação de umidade do
solo que os demais sítios. Este fato é devido, provavelmente, à presença de uma cobertura
vegetal significativa que intercepta parcialmente e mantêm a umidade do solo mais constante
além da deposição de matéria orgânica no solo.
Figura 2 – Número médio de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s) de fungos
solubilizadores de fosfato nos sítios em diferentes estádios sucessionais, maio/07 a mai/09.
Médias e intervalo de confiança (95%). Letras distintas revelam diferenças ao longo do
experimento (Tukey 5%).
99
Na interação estádio sucessional e sazonalidade foram observados números de UFC´s
de fungos solubilizadores de fosfato significativamente diferentes (F(2,318)=10,118; p<0,0001).
No período chuvoso foram observados valores significativamente maiores de UFC´s no sítio
Controle (Figura 3). Este fato pode ser explicado pelo aumento de nutrientes resultantes do
carreamento das partículas atmosféricas e das depositadas sobre a vegetação, que muitas
vezes pode ser mais efetiva que a deposição da serapilheira em ambientes florestais (Arcova
& Cicco, 1987), além do maior aporte de matéria orgânica, via serapilheira. A ocorrência de
maior quantidade de matéria orgânica no solo favorece a aeração e disponibilidade de
nutrientes, contribuindo para o aumento da população de fungos (Miranda et al., 1997). Nas
regiões tropicais, a população microbiana tende a aumentar nos períodos de chuva e diminuir
nos períodos de seca (Freire, 1975; Alexander, 1980) devido ao maior teor de umidade e
temperatura mais alta que estimulam a atividade e o crescimento das comunidades de
microrganismos. Nestas condições, temperaturas entre 28 e 35 °C e umidade próxima a
capacidade de campo, as reações físicas e químicas são favorecidas maximizando as
atividades microbiológicas (Moreira & Siqueira, 2002).
Figura 3 – Número de Unidades Formadoras de Colônias de fungos solubilizadores de fosfato
(UFC’s) por estádio sucessional e sazonalidade, no período de maio/07 a maio/09. Média e
intervalo de confiança (95%). Letras distintas, minúsculas entre os estádios sucessionais e
maiúsculas entre a sazonalidade, diferem entre si (Tukey 5%).
100
No período de seca, quando ocorreu uma maior deposição de matéria orgânica no solo,
os sítios em estádios sucessionais mais avançados (sítio controle e avançado) foram separados
do sítio em início de sucessão (Figura 3). A comunidade de solubilizadores de fosfato e a sua
capacidade de solubilização está intimamente relacionada ao tipo e manejo do solo (Nahas et
al., 1994) e a diversidade das plantas (Souchie et al., 2006). Estes dados corroboram os
resultados de Osaki (2008) que estudou a relação da sazonalidade sobre a população de
solubilizadores de fosfato em áreas de vegetação nativa e plantio homogêneo de Pinus taeda.
Valpassos et al. (2007) estudando sítios em diferentes estádios sucessionais verificaram que as
áreas vegetadas apresentaram as maiores populações de bactérias, fungos, actinomicetos e
oxidadores de nitrito, sugerindo que a interação do tipo de vegetação e a degradação da
matéria orgânica justificam o maior número de microrganimos nas áreas florestadas.
A sazonalidade influencia a população microbiana devido à maior ou menor
quantidade de resíduos que caem sobre o solo (Heaney & Proctor, 1989; Heaney & Proctor,
2002), além da interação da temperatura e da pluviosidade que influenciam as reações
fisiológicas, bem como, as características físico-químicas do solo (Jenny et al., 1949). Durante
o período seco, ocorre o acúmulo de material orgânico no solo, principalmente de
serapilheira, e a sua decomposição ocorre com maior rapidez e maior disponibilização de
nutrientes no período chuvoso (Selle, 2007). Ocorre assim a liberação de ácidos orgânicos
devido à decomposição de resíduos vegetais, animais, substâncias húmicas e metabolismo
microbiano (Stevenson & Fitch, 1986) diminuindo a adsorção e precipitação de fosfatos na
solução do solo (Andrade et al., 2003). Além disto, o aumento da fonte de carbono garante a
sobrevivência de fungos solubilizadores de fosfato (Reyes et al., 2001).
Embora tenha sido evidenciado a influência dos meses de coleta e do estádio
sucessional no número de UFC’s para os fungos celulolíticos (F(16,297) = 1,99; p = 0,013), este
não apresentaram o mesmo comportamento que os degradadores de fosfato. O maior número
de UFC´s de celulolíticos foi observado no período do inverno seguido de uma queda, no
início da estação chuvosa, e voltando aos valores semelhantes aos encontrados no período
seco (Fig. 4). No inverno ocorre uma grande deposição de matéria orgânica, folhas e ramos,
além de apresentar os menores índices de umidade, fatores que favorecem o desenvolvimento
de suas populações. Este fato aponta que para os fungos degradadores de celulose o fator
limitante para o crescimento de suas populações pode ser a quantidade e qualidade do aporte
de matéria orgânica via serapilheira (Baath & Arnebrant, 1994), confirmando os resultados
obtidos neste estudo.
101
Figura 4 – Número médio de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s) de fungos
degradadores de celulose nos sítios em diferentes estádios sucessionais, maio/07 a mai/09.
Média e intervalo de confiança (95%). Letras distintas revelam diferenças ao longo do
experimento (Tukey 5%).
Os resultados obtidos para os fungos degradadores de celulose diferem dos
encontrados para os solubilizadores de fosfato. A interação sazonalidade e estádio sucessional
não influenciou o número de UFC´s (Fig. 5). Este comportamento diferenciado, observado
para os fungos degradadores de celulose, está provavelmente associado à especificidade no
processo de decomposição da matéria orgânica, à sucessão da comunidade fúngica e a
sensibilidade às condições de umidade do solo (Frankland, 1998). No decorrer da
decomposição da serapilheira, as comunidades fúngicas sofrem alterações seqüenciais devido
as mudanças na disponibilidade de nutrientes, pH, teor de oxigênio, entre outros fatores
(Osaki, 2008). Assim, na fase inicial do processo de decomposição da serapilheira ocorre uma
intensa atividade dos microrganismos, e consequentemente um aumento de suas populações.
Todavia, observações deste tipo deveriam ser realizadas em estudos futuros.
102
Figura 5 – Número de Unidades Formadoras de Colônias de degradadores de celulose
(UFC’s) por estádio sucessional e sazonalidade, no período de maio/07 a maio/09. Média e
intervalo de confiança (95%). Letras distintas, minúsculas entre os estádios sucessionais e
maiúsculas entre a sazonalidade, diferem entre si (Tukey 5%).
Ações que visam a recomposição da cobertura vegetal em uma área degradada e,
conseqüentemente, os processos de sucessão decorrente da restauração ecológica podem
reverter parcialmente os impactos da mineração sobre a comunidade fúngica (Melloni et al.,
2003) uma vez que a sua diversidade está intimamente relacionada à diversidade da vegetação
(Heijden et al., 1998), sua estruturação, desenvolvimento e sustentabilidade da área
(Mehrotra, 1998). Em geral, quanto mais simples o habitat, menor o número de nichos
disponíveis e, quanto mais complexos, maior o número de nichos. Assim, com o aumento da
heterogeneidade ambiental ocorre um aumento da comunidade microbiota (Cardoso et al.,
1992; Moreira & Siqueira, 2002).
A maioria dos indicadores físicos e microbianos tem se mostrado eficiente na
discriminação dos diferentes ecossistemas. Assim, podem ser utilizados para estudos que
visam o monitoramento da qualidade ambiental de ecossistemas semelhantes (Melloni et al.,
2008) e servem como suporte para alterações e ou intensificações de estratégias adotadas com
103
esta finalidade (Silveira et al., 2006). Desta forma, a comunidade de fungos solubilizadores de
fostatos e degradadores de celulose pode servir como indicador biológico para a compreensão
da estabilidade e da produtividade dos ambientes. Nossos resultados apontam que o sítio em
estágio inicial de sucessão está em processo de restauração ecológica, mas ainda distante das
condições consideradas naturais. Contudo, o sítio que apresenta vegetação em processo de
estruturação vertical, em estádio avançado de sucessão, apresentou valores semelhantes aos
encontrados em condições naturais.
AGRADECIMENTOS
A Fapemig pelo apoio financeiro do projeto e pela concessão das bolsas BIC Flávia, Keylla,
Patrícia e Guilherme.
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108
Capítulo 7
CONSIDERAÇÕES FINAIS
109
Considerações Finais
Este estudo é pioneiro no uso da técnica agrícola de rochagem com ardósia na
restauração de áreas degradadas. Nossos resultados demonstram que o pó de ardósia pode ser
utilizado como parte constituinte do substrato de recobrimento das pilhas na proporção de 7:3
(sete partes de terra para três partes de pó). A utilização desta técnica neste trabalho alterou as
características físicas e químicas do solo, promovendo o aumento de sua fertilidade. Além
disto, ocorreu uma redução dos custos relativos à restauração das áreas degradadas, devido à
eliminação de insumos agrícolas. Este procedimento, se adotado em larga escala, irá
contribuir para a melhoria ambiental na região do Arranjo Produtivo Local de Ardósia (APL
Ardósia). Também irá promover uma melhoria na saúde pública devido a uma nova
destinação dos finos.
Com os resultados comprovamos que é possível recompor a cobertura vegetal de uma
área degradada pela mineração, que além de sofrer a supressão da vegetação, também foi
destituída de todos os meios naturais para conduzir o seu processo de sucessão. Neste trabalho
indicamos algumas espécies arbóreas nativas do Cerrado com grande potencial para a
restauração ecológica. Algumas delas apresentaram alta taxa de sobrevivência e rápido
crescimento, contribuindo para o recobrimento do solo, evitando a erosão e a entrada de
espécies invasoras. A utilização de espécies de diferentes fitofisionomias do Cerrado
apresentou resultados satisfatórios, uma vez que o sítio apresenta espécies com diferentes
estratégias de ocupação, criando desta forma uma heterogeneidade ambiental que irá
favorecer o aumento da diversidade biológica. Ressaltamos a importância das observações de
campo realizadas durante todo o período de trabalho. Algumas espécies que não apresentaram
valores do Índice de Viabilidade de Uso (UVI) elevados, são espécies importantes para a
restauração de áreas de Cerrado. Elas produzem uma floração intensa e uma frutificação
abundante que atrai uma grande quantidade de polinizadores e dispersores, de diferentes
grupos, sendo assim, consideradas espécies bagueiras. Desta forma é importante que as
mesmas sejam incluídas entre as espécies com potencial para a restauração ecológica
Uma maneira direta de verificar o processo de restauração das áreas degradadas é
acompanhar os eventos fenológicos das espécies e o recrutamento de indivíduos provenientes
de árvores plantadas no sítio e de propágulos vindos de fragmentos próximos, via dispersão.
No nosso sítio de estudo em estádio avançado de sucessão, desde o primeiro ano após o
plantio, foram observados indivíduos florescendo e produzindo sementes férteis, pois já
podiam ser observados indivíduos recrutantes. Passamos então, a utilizar este sítio como horto
de sementes e realizar estudos de germinabilidade e crescimento inicial por parentais.
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Observamos que com, o passar do tempo, alguns indivíduos começaram a tombar, devido aos
fortes ventos da região. Alguns indivíduos morreram, aumentando a deposição de matéria
orgânica no solo, outros insistiam em continuar vivos, o que foi ótimo para os novos
habitantes, pois seus emaranhados de galhos forneceram algo valioso: abrigo e esconderijo.
Algumas espécies plantadas desenvolveram com rapidez, tornando-se verdadeiros poleiros
naturais, o que pôde ser verificado pelo grande número de evidências do pouso das aves,
devido à presença de excrementos que muitas vezes continham inúmeras sementes. Como diz
o Professor Ademir Reis “os bichos precisam de três coisas: casa, comida e sexo”, assim os
eventos estavam no caminho certo.
E como não citar alguns nobres visitantes. Durante este trabalho observamos aves
visitando o sítio em estádio avançado de sucessão, diversas espécies de formigas visitando
nectários extraflorais ou simplesmente só de passagem, vários insetos pequenos e grandes, e
como poderia esquecer aquela cobra cascavel, que quase se tornou nossa companheira. Algo
estava mudando. Antes, o lugar onde só existiam pedaços de pedras dispostos aleatoriamente,
abandonados por não apresentar nenhum retorno econômico, e agora estava retornando à vida.
Sempre que retornávamos à área vinha algum funcionário da Micapel falar: “Dona
Valéria, seu mato tá cada dia mais bonito”. Contudo, às vezes, somente uma boa cobertura
vegetal - aquela aparência de uma vegetação estratificada em bom estado de
desenvolvimento -, não assegura a sustentabilidade e funcionalidade do sistema. Muitas
vezes, possuir espécies nativas não corresponde ao retorno das funcionalidades do sistema. Já
era possível perceber alguns indícios de sucesso e tínhamos certeza de que este sítio seria uma
fonte inesgotável de pesquisa, embora ainda restassem algumas perguntas: Quais seriam as
ferramentas capazes de avaliar o retorno dos diferentes tipos de interrelações específicas de
um sítio? O que poderia indicar o caminho da sustentabilidade do sítio?
Na busca destas ferramentas foram utilizadas técnicas simples. Uma delas é a
avaliação da taxa de decomposição da serapilheira. Esta métrica é importante, pois, envolve
diferentes componentes do sistema. Inicialmente, para a formação da serapilheira, é
necessário que indivíduos depositem o seu material orgânico no solo. Estes ramos, folhas,
flores e frutos, não se esquecendo de considerar as raízes, contribuem para o aumento da
matéria orgânica do solo e, consequentemente, para o aumento das atividades biológicas.
Deste modo, fica clara a relação existente entre a heterogeneidade ambiental e a diversidade
no solo. Os resultados deste trabalho comprovaram a hipótese de quanto mais complexo o
ambiente maior a diversidade biológica existente.
111
Quando temos a decomposição pensamos, imediatamente, nos organismos capazes de
realizar esta função, e os microrganismos do solo são agentes importantes neste processo.
Supomos, inicialmente, que a diversidade das duas áreas em processo de restauração seria
pequena e que poderíamos trabalhar com a identificação de todos os fungos e bactérias
presentes no solo. Procuramos especialistas que avaliaram que o trabalho seria possível,
entretanto para o nosso espanto encontramos um número elevado de gêneros e espécies.
Mesmo com as dificuldades de crescimento em meio de cultura, isolamento, e a obtenção de
indivíduos na sua forma reprodutiva para a taxonomia tínhamos em torno de 400 espécies de
fungos prontas para a identificação, sem considerar as bactérias, número muito superior ao
esperado. Nosso trabalho seria então uma loucura, com dados suficientes para uma tese de
doutorado em microbiologia. Quanto tempo seria necessário para a sua identificação? E as
espécies que ainda não apresentavam material fértil? Refletimos mais um pouco sobre as
necessidades nas nossas áreas. De que adiantaria se o foco deste trabalho não incluísse os
grupos considerados chaves para a melhoria das condições do solo?
Assim, resolvemos eleger os fungos como objeto de trabalho e selecionar dois grupos
funcionais, os solubilizadores de fosfato e os celulolíticos. Estes grupos são responsáveis pela
disponibilização dos fosfatos que não estão disponíveis para utilização direta pelas plantas,
além de serem responsáveis pelo ciclo do carbono. Tivemos que pensar em algumas maneiras
de melhorar o meio de cultura para os celulolíticos que sempre eram avaliados em meio semi-
sólido. Utilizamos uma folha de papel filtro, como fonte de celulose, por cima do meio de
cultura, o que tornou muito fácil o isolamento e a separação deste grupo. E os solubilizadores
de fosfato? Como foi interessante observar a presença de anéis no meio de cultura que
evidenciavam o processo de solubilização de fosfato. Como aprendemos com tudo isto.
Contudo, ainda necessitávamos de mais estudos, no qual consistia em conseguir separar os
taxa em gêneros e espécies, mas é para isto que servem os especialistas. Utilizando somente
os dados de quantificação, o número de Unidades Formadoras de Colônias (UFC´s),
conseguimos obter resultados interessantes que indicam que a heterogeneidade ambiental era
uma das variáveis importantes para a diversidade. No mais, a identificação fica por conta dos
especialistas.
Durante o desenvolvimento deste trabalho tivemos muitos desafios. Será que nossos
indivíduos teriam um crescimento satisfatório e os sítio apresentariam uma “vegetação
composta de indivíduos anões”? E agora, depois de alguns anos temos indivíduos com mais
de cinco metros de altura. Será que podemos considerar que estes indivíduos apresentaram
crescimento abaixo do esperado para espécies do Cerrado? Será que as demais métricas que
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apontam o caminho de sustentabilidade da área, estariam equivocadas? Certamente não, pois
nossos resultados apontam o caminho contrário dos pessimistas. Então, agora não existem
mais desculpas para a não recomposição da cobertura vegetal eliminada, seja ela pela abertura
de frentes de lavras, ou pelo acúmulo dos rejeitos. As plantas podem crescer com vigor e
devolver ao sistema funcionalidade, e, o que pode ainda ser melhor, com baixo custo de
implantação.
Um dos nossos resultados mais significativos é poder indicar a utilização do pó de
ardósia para compor o substrato de recobrimento das pilhas de rejeito. Este procedimento irá
contribuir para a melhoria ambiental e da saúde da população que vive nos arredores das
mineradoras, e nas cidades que apresentam um número grande de serrarias que simplesmente
descartam a lama de ardósia nas ruas.
Concluímos que é mais fácil afirmar que um projeto não vai dar certo que ter a
coragem, garra e persistência de fazer as coisas acontecerem... Isto dá trabalho! Talvez esta
seja uma das características dos jardineiros, que fazem de tudo para ver a vida brotar de locais
onde, geralmente, só existem pedras. Pois bem, acreditamos e continuaremos a perseguir os
nossos ideais. E não pensem que paramos por aqui, ainda temos uma longa jornada pela
frente.
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ANEXOS
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