Efeito do coberto vegetal na composição mineral de solos de mina

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraA exploração mineira a céu aberto implica a remoção do coberto vegetal e, após o abandono da actividade, o seu restabelecimento é lento porque o solo não é apropriado ao desenvolvimento vegetal. Isto ocorre porque o solo não apresenta uma camada orgânica rica em nutrientes, podendo ainda apresentar contaminação por metais pesados. Neste trabalho, proponho explorar alguns aspectos da reabilitação ambiental de áreas mineiras, com especial enfoque na área de fito-remediação, pois esta é uma técnica económica, bem aceite socialmente e de aspecto visual agradável. Investigou-se o impacto de um solo de mina no desenvolvimento de uma gramínea (Festuca arundinacea) e de uma leguminosa (Trifolium fragiferum), assim como o efeito da presença do coberto vegetal na alteração da composição química do solo ao longo do tempo. Colocaram-se plântulas de cada uma das espécies, em monocultura e em mistura, a crescer em contentores com solo proveniente das antigas minas da Urgeiriça, e em solo de jardim para comparação do crescimento das plantas. Para testar o efeito do coberto vegetal na alteração da composição mineral dos solos de mina, comparou-se com contentores com solo de mina sem coberto vegetal. Ao longo da experiência, que teve a duração de 13 semanas, foi medida semanalmente a altura das plantas, o número de folhas e, no final da experiência foram recolhidas a parte aérea das plantas para determinação da biomassa seca, e a parte radicular para análises químicas. Foram retiradas amostras de solo no início e fim da experiência para análise da composição mineral da fracção de troca iónica do solo. Analisou-se o Ca, Fe, K e Pb no solo e Fe, K e Pb na parte radicular das plantas. De uma maneira geral, as plantas que cresciam em solo de mina apresentavam um menor desenvolvimento em altura, número de folhas e biomassa aérea, sendo a espécie mais afectada o T. fragiferum. A fracção de troca iónica do solo de mina apresentou concentrações mais baixas de Ca e K e mais elevadas de Pb, em comparação com o solo de jardim, e isso foi directamente reflectido na composição mineral da parte radicular de ambas as espécies. O Fe não foi detectado na fracção de troca iónica quer no solo de mina, quer no solo de jardim. No entanto, as plantas a crescerem em solo de mina apresentaram concentrações de Fe na parte radicular muito mais elevadas do que as plantas a crescerem em solo de jardim. O Fe está provavelmente a ter um papel de neutralização da toxicidade do Pb. Em relação às características minerais do solo ao longo do tempo, no solo de mina, sem ou com coberto vegetal, observou-se uma redução da fracção de troca iónica de Ca e Pb. No caso do solo sem coberto vegetal isto indica que os elementos foram perdidos por lixiviação, facilitado pelo pH ácido destes solos. No caso do solo de mina com coberto vegetal, parte dos elementos podem ter sido perdidos por lixiviação, e parte podem ter sido retidos na parte radicular das plantas. Concluindo, o desenvolvimento e composição mineral da parte radicular da gramínea e leguminosa foram afectados pelo solo de mina, mas as plantas também influenciaram a composição mineral do solo ao longo do tempo. Em termos comparativos, a gramínea foi menos afectada pelo solo de mina, e em mistura, é mais competitiva do que a leguminosa. No entanto, a leguminosa apresentou concentrações mais elevadas de Pb na parte radicular, contribuindo para uma maior retenção de Pb nessa fracção das plantas. Por outro lado, o desenvolvimento rápido da gramínea, com um sistema radicular extenso, contribui para a redução da erosão do solo, reduzindo a área de contaminaçãoThe open pit mining involves the removal of vegetation and, after the cessation of the activity the recovery is slow because the soil is not adequate for plant development. This occurs because the soil does not have an organic layer rich in nutrients, and can also present contamination by heavy metals. In this thesis, I propose to explore some aspects of the environmental rehabilitation of mining areas, with special focus on phytoremediation, as this is an economic technique, socially acceptable and visually pleasing. It was investigated the impact of a mine soil in the development of a grass (Festuca arundinacea) and a legume (Trifolium fragiferum) as well as the effect of the presence of vegetation in altering the chemical composition of the soil over time. Seedlings from each species, in monoculture or in mixture, were planted in containers with soil from an old mine (Urgeiriça), and in garden soil to compare the plant development. Containers with mine soil but with no vegetation were used to test the effect of the plants on the chemical composition of the soils. Throughout the experiment, which lasted for 13 weeks, the plant height was measured and the number of leaves was counted weekly, and in the end of the experiment the shoots were collected to determine dry biomass, and the roots for chemical analysis. Soil samples were collected in the beginning and in the end of the experiment to analyze the chemical composition of the ion exchange fraction of the soil. Ca, Fe, K and Pb were analyzed in the soil and Fe, K and Pb in the roots of the plants. Plants growing on the mine soil presented in general lower height, lower number of leaves and less aboveground biomass, and the most affected species was T. fragiferum. The ion exchange fraction of the mine soil presented lower concentrations of Ca and K and higher concentrations of Pb, compared with the garden soil. This was directly reflected in the mineral composition of the plants roots from both species. Iron was not detected in the ionic fraction of both soils (mine and garden). However, plants growing on the mine soil showed higher concentrations of Fe in the roots, compared with the plants growing on the garden soil. Iron is probably having an important role in neutralizing Pb toxicity. Concerning the mineral characteristics of the mine soil, with and without vegetation, it was observed a reduction of Ca and Pb in the ionic exchange fraction of the soil with time. In the case of the soil without vegetation, this reduction indicates that elements were being lost through leaching, facilitated by the low pH of the mine soil. In the case of the soil with vegetation, part of the elements might have been lost through leaching, and part retained by the plant roots. In conclusion, the development and mineral composition of the roots of the grass and legume were affected by the mine soil, but plants also changed the mineral composition of the soil along the time. The grass was less affected by the mine soil and in mixture is more competitive than the legume. Nonetheless, the legume presented higher concentrations of Pb in the roots, contributing to a higher retention of this element in this fraction of the plants. On the other side, the rapid and large development of grasses will contribute to reduce soil erosion and thus the spreading of contamination