Tree rings as environmental monitors: temporal and spatial assessment of air pollution in Paulínia city, São Paulo

O presente estudo tem por objetivo aplicar a análise dos anéis de crescimento de espécies arbóreas no monitoramento ambiental de uma área urbana com histórico de poluição atmosférica. Foram selecionadas árvores das espécies Caesalpinia pluviosa var. peltophoroides (Fabaceae-Caesalpinaceae) e Tabebuia pentaphylla (Bignoniaceae) e, do seu tronco, foram extraídas amostras do lenho através do método não destrutivo. A área de estudo selecionada foi o Distrito Industrial de Betel, município de Paulínia/SP, Brasil, cujo histórico de poluição ambiental de origem antropogênica é fornecido pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB) e através de estudos recentes encontrados na literatura especializada. Ainda, foram selecionas três outras áreas, nos municípios de Paulínia e Piracicaba, distantes em 10, 15 e 60 km, estabelecendo-se um gradiente ambiental de pressão antrópica. Foram aplicadas as análises: (i) caracterização anatômica macro e microscópica e densitometria de raios X, na identificação dos anéis de crescimento do lenho, (ii) dendrocronológica, na datação e avaliação do crescimento radial das árvores, (iii) climática, no estudo da influência dos fatores climáticos no crescimento anual das árvores e (iv) química, na determinação da composição de macro e micronutrientes e de elementos potencialmente tóxicos nos anéis de crescimento do lenho, através da aplicação das técnicas analíticas espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) e espectrometria de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente (ICP OES). Os resultados indicaram que, para as duas espécies, os anéis de crescimento possuem características anatômicas marcantes, correlacionadas com os valores de densidade aparente, que possibilitam a determinação da idade das árvores. A análise das séries temporais de largura de anéis de crescimento demonstrou que as árvores apresentam crescimento sincrônico, condicionado as condições específicas do ambiente onde estão crescendo. A constatação da ausência de um sinal climático comum determinando o crescimento das árvores nos 3 sítios sugere a influência de outros fatores, entre eles, a proximidade em que as árvores se encontram em relação às fontes estacionárias de poluição atmosférica, verificada através dos valores de incremento radial obtidos, sempre menores para as árvores localizadas no Distrito de Betel. A análise da composição química dos anéis de crescimento (ICP OES) revelou diferenças na absorção de elementos químicos entre as árvores das duas espécies e também entre as árvores da mesma espécie crescendo em diferentes locais. Ainda, a avaliação dos valores de intensidade das linhas de emissão dos analitos identificou padrões temporais de fixação de elementos químicos no lenho, com tendência comum para alguns, nos sítios de menor influência antrópica. Também, evidenciou os períodos de maior fixação de elementos com potencial tóxico no troco das árvores (ex. Al, B, Cu, Fe e Na), relacionados com os anos do início das atividades indústrias no Distrito de Betel. Os resultados obtidos neste estudo permitiram concluir que a análise dos anéis de crescimento das árvores de C. pluviosa e T. pentaphylla possui grande potencial no monitoramento ambiental.This study aims to apply tree rings analysis on environmental monitoring of an urban area with air pollution history. Caesalpinia pluviosa var. peltophoroides (Fabaceae- Caesalpinaceae) and Tabebuia pentaphylla (Bignoniaceae) trees were selected and wood samples were extracted from their trunk by a non-destructive method. The study area was the Industrial District of Bethel, Paulínia, São Paulo State, Brazil. Its environmental pollution history of anthropogenic origin is provided by the Company of Environmental Sanitation Technology (CETESB) and by recent studies of specialized literature. Three other areas in the municipalities of Paulínia and Piracicaba were also selected, establishing an environmental gradient of anthropogenic pressure within 10, 15 and 60 km distance. The following analyses were applied: (i) macro and microscopic anatomical characterization and X-ray densitometry, for tree rings limits identification (ii) dendrochronological, in dating and evaluating of radial growth, (iii) climatic, analyzing the climatic factors influence on annual growth and (iv) chemical, determining the composition of macro and micronutrients and potentially toxic elements in the tree rings through the application of the analytical techniques Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES). The results indicated that tree rings formed in both species have remarkable anatomical features correlated with apparent density values, enabling the determination of tree age. The analysis of tree rings\' width time series showed that trees exhibit synchronous growth, conditioned by the specificities of the environment where they are growing. The verification of an absent common climate signal determining the tree growth among the 3 studied sites suggests the influence of other factors, including the proximity of trees in relation to stationary sources of air pollution, verified through the obtained values of radial increment, always lower for trees located in the District of Bethel. The tree rings chemical composition analysis (ICP OES) revealed differences in the absorption of chemical elements among trees species and among individuals of the same species growing in different locations. The emission lines intensities assessment (LIBS) analysis identified temporal patterns of chemical elements fixation in wood, with a common trend for those located at sites with lower anthropogenic influence. It also showed periods of increased fixation of potentially toxic elements in tree trunk (e.g Al, B, Cu, Fe, and Na), related to the early years of industrial activities in the District of Bethel. The results obtained in this study allowed us to conclude that the tree rings analysis of C. pluviosa and T. pentaphylla has great potential for environmental monitoring