Campos hidrófilos de altitude como ferramentas naturais na atenuação dos impactos causados por pesticidas

Orientador : Prof. Dr. Sandro José FroehnerCo-orientadora : Pesquisadora Lucília Maria Vargas Parron, DrªTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 21/05/2015Inclui referências : f. 95-110Resumo: Existem poucos estudos que demostram o comportamento de pesticidas provenientes de área de produção agrícola em campos hidrófilos de altitude. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar o comportamento de pesticidas e nutrientes, tanto espacialmente (área dividida em 3 transectos; e perfil do solo dividido em 3 profunidades), como temporalmente (durante um ciclo de produção safrinha; e um experimento em parcelas com duração de 1 mês) para verificar o potencial do campo hidrófilo de altitude atuar como uma ferramenta natural para redução dos impactos desses poluentes. Este estudo foi realizado em uma turfeira com 6 ha, a qual foi dividida de acordo com as características hipsométricas em três transectos (T1, T2 e T3). O estudo foi realizado em 3 etapas: a) o monitoramento de pesticidas e nutrientes no campo hidrófilo de altitude durante um ciclo de produção safrinha; b) a segunda etapa foi realizada com a aplicação dos pesticidas detectados durante a fase de monitoramento em parcelas de 2 m x 2 m instaladas no campo hidrófilo de altitude; e c) Avaliação da capacidade de sorção (particionamento entre água e resíduos sólidos) dos pesticidas atrazina, lactofen e fluazifop-p-butil diluídos em amostras de água a partir de padrões adquiridos na Sigma Aldrich com o uso de biossorvente preparado com a casca da espécie arbustiva brasileira Curatella americana L. Em cada transecto, foram instalados poços de monitoramento com 0 a 30 cm, 30 a 60 cm e 60 a 90 cm de profundidade. A amostragem de água subterrânea foi realizada com o auxílio dos poços de monitoramento, utilizando uma bomba a vácuo. Enquanto que a amostragem do solo, foi realizada com auxílio de tubos de PVC de 50 mm de diâmetro, nas profundidades equivalentes a amostragem de água. Um total de 108 amostras de água e 108 amostras de solo foram coletadas durante o período de monitoramento. Para a aplicação em parcelas, 36 amostras de solo e 36 amostras de água foram coletadas. O método utilizado para realização das análises foi cromatografia gasosa acoplado a um espectrômetro de massa (GC-MS). Para a matriz solo, um total de 52 detecções foi obtido, sendo que uma amostra poderia conter mais de uma detecção (pesticida). A ordem de relevância dos compostos detectados foi composta pela atrazina (32%), clorpirifós (27%), Lambdacialotrina (19%), fluazifop-p-butil (11,5%) e lactofen (9%). Assim como para a matriz solo, muitas das amostras de água também apresentaram mais de uma detecção (pesticida) por amostras. Desta forma, 32 detecções foram obtidas para a matriz água, no qual a ordem de maior contribuição foi para a atrazina (37%), clorpirifós (32%), Lambdacialotrina (12,5%) e os pesticidas fluazifop-p-butilo (9%) e lactofen (9%), de igual importância. Espacialmente, o transecto 1 (T1) foi significativamente diferente do transecto 3 (T3) para o estudo de pesticidas. Não foi encontrado nenhum dos pesticidas, tanto em solo como na água, na profundidade de 30 a 60 cm e 60 a 90 cm durante o período de monitoramento. O estudo de parcelas para pesticidas demonstrou que houve redução na concentração dos pesticidas espacialmente (profundidade) e temporalmente (entre coletas). O método utilizado para realização das análises de sorção com biossorventes foi cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC). A avaliação da sorção dos pesticidas pelo biossorvente Curatella americana L demonstrou que os pesticidas atrazina, fluazifop-p-butil e lactofen apresentam caráter hidrofóbico, sendo fortemente removidos da matriz água para o biossorvente, principalmente na faixa de pH variando entre 4 e 5. Verificou-se também que a adsorção ocorreu em pH semelhante ao presente no campo hidrófilo de altitude. Tal resultado vem de encontro com os resultados encontrados no campo hidrófilo de altitude, onde as amostras de solo foram mais representativas com 52 % das detecções. Os nutrientes (N-NO3 - e fósforo total) apresentaram redução significativa na concentração com o aumento da profundidade em todos os transectos durante o período de monitoramento. As concentrações de NNO3 - variaram de 0,2 a 2,8 mg L-1 para 0 a 30 cm, de 0,1 a 2,2 para 30 a 60 cm e 0,1 a 1,0 para profundidade de 60 a 90 cm. Para o fósforo total a concentração variou de 0,3 a 2,1 mg L-1 para 0 a 30 cm, de 0,06 e 1,4 mg L-1 para 30 a 60 cm e de 0 a 0,13 mg L-1 para 60 a 90 cm de profundidade. Entre os transectos (T1, T2 e T3) não houve diferença significativa para tanto para N-NO3 - como para o fósforo total. Temporalmente as maiores concentrações para ambos os nutrientes (N-NO3 - e fósforo total) foram mais elevadas nos meses de março, abril e maio de 2013, onde ocorreram as maiores aplicações de fertilizantes. Os resultados obtidos para as condições de contorno encontradas no campo hidrófilo de altitude, demonstraram que esses ambientes são ferramentas naturais com potencial de atenuação dos impactos provocados pela poluição difusa proveniente de áreas agrícolas. Palavras chaves: Pesticidas, Organossolos, turfeiras, o escoamento superficial, contaminação de águas subterrâneas, sorção, ambientes reduzidos.Abstract: Few studies that demonstrate the pesticide behavior from agricultural production area in peatland. The purpose of this study was to evaluate the behavior of pesticides and nutrients in spatialized conditions (area divided into three transects, and soil profile divided into three depth), as well as temporal conditions (during off-season production cycle; study of plots field with one month duration) to verify the potential of hydrophilic field altitude act as a natural tool for reducing the impacts of these pollutants. This study was conducted in a peatland with an area of 6 h, which was divided into three transects (T1, T2 and T3) according to the characteristics of hipsometric area. The study was performed in three steps: a) monitoring of pesticides and nutrients in the "peatland" during the production cycle type off-season; b) the second step was performed with the application of pesticides (detected in the monitoring step) in experimental plots of 2 mx 2 m installed on peatland; c) Evaluation of sorption capacity (partitioning between water and waste) of atrazine, lactofen and fluazifop-p-butyl diluted in water samples from the standards purchased from Sigma Aldrich using biosorbent prepared with the bark of the shrub species Brazilian Curatella americana L. In each transect, monitoring wells were installed with depth ranging from 0-30 cm, 30-60 cm and 60-90 cm. Groundwater samples were collected with the help of monitoring wells using a vacuum pump. Whereas soil sampling was performed using PVC pipe of 50 mm in diameter, corresponding to sampling depths of water. A total of 108 water samples and 108 soil samples were collected during the monitoring period. For the study in experimental plots, 36 soil samples and 36 water samples were collected. The method used for conducting the pesticide analysis was gas chromatography coupled to mass spectrometer (GC-MS). For the soil matrix, a total of 52 detections was obtained, with a sample could contain more than one detection (pesticide). The order of significance of the detected compounds was composed of atrazine (32%), chlorpyrifos (27%), Lambda chyalothrin (19%), fluazifop-p-butyl (11.5%) and lactofen (9%). As for the soil matrix, many of the water samples also showed more than one detection (pesticide) for samples. Thus, detections 32 were obtained for the matrix water, in which the order of higher contribution was for atrazine (37%), chlorpyrifos (32%) Lambda chyalothrin (12.5%) and the fluazifop-p-butyl pesticides (9%) and lactofen (9%), of equal importance. Spatially transect 1 (T1) was significantly different from transect 3 (T3) for the pesticide study. Have found no pesticides, both in soil and in water, the depth 30-60 cm and 60-90 cm during the monitoring period. The study of experimental plots to pesticides showed that there was a reduction in the concentration of pesticides spatially (depth) and temporally (between collections). The method used to carry out the sorption analysis with biosorbents was high-performance liquid chromatography (HPLC). It was found that there was the sorption of atrazine, fluazifop-p-butyl and lactofen the biosorbent Curatella americana L. It was observed that these pesticides exhibit hydrophobic character, are strongly removed from the water matrix for the biosorbents, particularly at pH values ranging between 4 and 5. It was also found that adsorption occurred at pH similar to that present in the hydrophilic field altitude. This result corroborates the results found in peatland, where soil samples were most representative with 52% of detections. Nutrients (N-NO3 - and total phosphorus) showed significant reduction in concentration with increasing depth transect in all during the monitoring period. The N-NO3 - concentrations ranged from 0.2 to 2.8 mg L-1 to 0 to 30 cm from 0.1 to 2.2 mg L-1 for 30 to 60 cm and 0.1 to 1.0 mg L-1 at depth of 60 to 90 cm. For the total phosphorus, the concentration ranged from 0.3 to 2.1 mg L-1 to 0 to 30 cm, 0.06 and 1.4 mg L-1 for 30 to 60 cm and from 0 to 0.13 mg L-1 to a depth of 60 to 90 cm. Among the transects (T1, T2 and T3) there was no significant difference for both N-NO3 - as for total phosphorus. Temporally, the highest concentrations for both nutrients (N-NO3 - and total phosphorus) were higher in the months of March, April and May 2013, which coincides with the fertilizer application period. The results obtained for the boundary conditions found in peatland, demonstrated that these environments are natural tools with potential for mitigating the impacts caused by diffuse pollution from agricultural areas. Key words: Pesticides, Histosols, peatland, surface runoff, groundwater contamination, sorption, natural wetlands