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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2001.tde-13062002-143703
Document
Author
Full name
Márcia Inês Martin Silveira Lopes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2001
Supervisor
Committee
Delitti, Welington Braz Carvalho (President)
Meguro, Marico
Pfeifer, Rui Marconi
Poggiani, Fabio
Pompéia, Sérgio Luis
Title in Portuguese
Fluxo de Água, Balanço Químico e Alterações no Solo da Floresta Atlântica Atingida pela Poluição Aérea de Cubatão, SP, Brasil.
Keywords in Portuguese
precipitacao
Acidificacao
Brasil
Ciclagem de elementos
Ciclos Biogeoquímicos
Cubatao
floresta atlantica
poluicao aerea
poluicao do solo
Serra do Mar
Abstract in Portuguese
Estudaram-se neste trabalho os efeitos da deposição atmosférica sobre o balanço de elementos químicos, analisando-se as entradas e saídas dos elementos através do ciclo hidrológico durante quatro anos (setembro de 1991 a agosto de 1995) na Floresta Atlântica, situada nas vizinhanças do pólo industrial de Cubatão, São Paulo. Por meio de amostragens quinzenais e de determinação da concentração iônica, avaliaram-se, em três florestas diferentemente atingidas pela impacto da poluição aérea – Pilões-menos poluída, área de referência; Moji-fortemente poluída e Paranapiacabamoderadamente poluída – os seguintes aspectos: entrada de elementos pela água de chuva; transferência pela água que atravessa a cobertura vegetal e pela solução do solo a 10cm, 60cm e 100cm de profundidade; saída e neutralização pela água de nascentes e de pequenos córregos, bem como as alterações químicas no solo induzidas pela deposição atmosférica. Na área mais poluída (Moji), as concentrações iônicas médias encontradas na precipitação que atinge a floresta e na precipitação que atinge o solo foram, respectivamente: 5 e 10 mg.L-1 para o sulfato-S, 0,5 e 0,7 mg.L-1 para o nitrato, 0,63 e 1,14 mg.L-1 para o fluoreto, 2,2 e 2,8 mg.L-1 para o amônio-N, 0,69 e 2,15 mg.L-1 para o magnésio, 3,1 e 7,7 mg.L-1 para o cálcio. Na floresta de referência, menos poluída (Pilões), as concentrações iônicas foram em média, 1/3 a 1/9 inferior a esses valores, refletindo claramente as diferenças nas cargas poluidoras que atingem cada floresta. Verificou-se que a composição química da solução do solo muda completamente com a infiltração da água. As concentrações de nitrato aumentaram de 3 a 22 vezes com a infiltração da água nos primeiros 10cm de solo do Pilões e Moji, respectivamente, valores estes bastante expressivos. Em menor proporção, isso também foi observado para o sulfato e cloreto. As mudanças nas concentrações dos elementos durante a passagem da água pelo ecossistema são explicadas pelas reações químicas que ocorrem nos diferentes compartimentos. Assim, nas florestas mais poluídas (Moji e Paranapiacaba) elas são caracterizadas pela retenção praticamente total do amônio, e parcial do sulfato, nas camadas superficiais do solo, pela liberação do alumínio dos minerais do solo e pela lixiviação extremamente alta de nitrato em conseqüência do processo de nitrificação da matéria orgânica. A deposição atmosférica nas florestas investigadas é bastante elevada e variável. Entram anualmente no solo, pela precipitação: de 122 a 255 kg.ha-1 de enxofre na forma de sulfato; de 7 a 70 kg.ha-1 de nitrogênio, principalmente na forma de amônio; e de 4 a 28 kg.ha-1 de fluoreto. Com a entrada de amônio e de nitrogênio orgânico no sistema, reações de nitrificação ocorrem na camada superficial do solo, principalmente das áreas mais atingidas pela poluição. Na floresta mais poluída (Moji), a saída de nitrato pela água do solo a 100cm de profundidade chega anualmente a 271 kg de N por hectare, enquanto a saída de enxofre alcança o valor de 386 kg de S por hectare, anualmente. A acidificação do solo em decorrência da entrada e transferência de nitrogênio e enxofre provoca a liberação de alumínio dos minerais do solo e a lixiviação de formas iônicas (mais de 240 kg de Al por ha anualmente). A transferência de íons alumínio para o lençol freático e para águas de nascentes e córregos acarreta um problema ecológico sério, pois esses íons consomem a alcalinidade e a água fica sujeita a acidificação.
Title in English
WATER FLUX, CHEMICAL BALANCE AND SOIL CHANGES IN THE ATLANTIC FOREST REACHED BY AIR POLLUTION FROM CUBATÃO, SÃO PAULO, SP, BRAZIL
Keywords in English
soil polution
acidification
air polution
Atlantic Forest
Brazil
element budgets
element fluxes
precipitation
Abstract in English
The effects of atmospheric deposition upon element balance (input and output) and turnover through the hydrological cycle have been investigated from September 1991 to August 1995 (four years), in the vicinity of the industrial complex of Cubatão, State of São Paulo, Brazil. The aim was to assess atmospheric deposition and fluxes through precipitation, soil water at 10cm, 60cm and 100cm depths, and surface water as well as to investigate possible soil changes induced by atmospheric deposition. Three sites were chosen which differed significantly with respect to pollution impact: Pilões (reference site, less polluted), Moji (most polluted) and Paranapiacaba (mildly polluted). Annual averages of ionic concentrations in precipitation found in open field and below the tree canopy amounted to 5 and 10 mg.L-1, respectively, for sulfate-S, 0.5 and 0.7 mg.L-1 for nitrate, 0.63 and 1.14 mg.L-1 for fluoride, 2.2 and 2.8 mg.L-1 for ammonium-N, 0.69 and 2.15 mg.L-1for Mg, and 3.1 and 7.7 mg.L-1 for Ca at the most polluted site (Moji). The relatively ”clean” reference site (Pilões) attained 1/3 to 1/9 of these averages, thus clearly reflecting the difference in air pollution load. Chemical composition in the liquid phase is completely changed when precipitation infiltrates the soil profile. Nitrate concentration increases by the factor 3 to 22. A clear increase is also found for sulfate and chloride. Concentration changes during ecosystem passage of seepage are interpreted in relation to chemical reactions taking place in different compartments. They are characterized by an almost complete retention of ammonium and some retention of sulfate in the upper soil layers, and at the most polluted site by mobilization of Al from soil minerals and very high leaching of nitrate as a consequence of nitrification of organic matter. The forests under investigation are characterized by a very high input from the atmosphere. Between 122 and 255 kg S per hectare are annually carried into soil by precipitation in the form of sulfate, 7 to 70 kg of nitrogen mainly in the form of ammonium, 4 to 28 kg of fluoride. Input of ammonium and organic bound nitrogen is followed by nitrification in the topsoil. At the most polluted site (Moji), nitrate output with seepage amounts to 271 kg N per ha and year, sulfate output to more than 386 kg S. Soil acidification associated with turnover of sulfur and nitrogen is followed by the release of aluminum from soil minerals, and leaching of ionic forms of Al (up to 240 kg Al per hectare annually). Transfer of aluminum ions to groundwater and surface water can have serious ecological effects. Alkalinity is consumed, and the water is subject to acidification.
 
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Publishing Date
2005-01-21
 
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