O reúso de efluentes de esgotos domésticos na irrigação de culturas representa uma alternativa adequada na gestão dos recursos hídricos devido ao fornecimento de nutrientes e água em quantidades suficientes para o desenvolvimento das culturas, porém, também pode introduz impactos negativos ao solo, em parte, potencializados pela irrigação contínua ao longo do tempo. O maior efeito está relacionado com o aumento da salinidade e sodicidade. Uma alternativa para mitigar este impacto, é o uso de espécies vegetais extratoras e acumuladoras de sais que estão presentes no solo. Neste trabalho avaliaram-se as alterações nas propriedades químicas de um planossolo (disposto em 36 vasos, 18 isolados da chuva e dos ventos e 18 expostos a eventos climáticos) irrigado durante dois meses (junho-julho) com efluente de esgoto tratado por um reator UASB + lagoa de polimento. Posteriormente, avaliou-se o desempenho da espécie halófita Atriplex nummularia na remoção de sais e cátions acumulados no substrato (agosto 2008 – fevereiro 2009), monitorando o comportamento da condutividade elétrica, sódio, potássio, cálcio, magnésio e pH (no extrato do solo) e pH, condutividade elétrica e sódio trocável no percolado dos vasos. Durante a fitorremediação, foram aplicados além do efluente utilizado na etapa anterior (tratamento 3), efluente de um sistema UASB (tratamento 2) e água potável (tratamento 1). Também foi avaliado o comportamento das características físicas do solo mediante a determinação das curvas de retenção de água no inicio e final do experimento. A irrigação com o efluente do sistema UASB + lagoa de polimento incrementou significativamente o teor de sódio ao mesmo tempo em que diminuiu as concentrações de cálcio e magnésio; incrementando em até 30 % o percentual de sódio trocável (PST), indicando a sodificação da camada superficial (0-20 cm) dos substratos. O pH e a condutividade elétrica (indicadores da salinidade do solo quando atingem valores inferiores a 8,5 e superiores a 4 dS m-1, respectivamente) aumentaram sem atingir valores críticos. As condições de maior acumulação de sais e cátions apresentaram-se nos vasos que não estiveram expostos às variáveis climáticas. Com respeito à etapa de fitorremediação, as eficiências na remoção de sódio estiveram acima de 85% (em ausência de chuva) e fora da estufa valores entre 30 – 45% para os tratamentos 2 e 3 e acima de 80% para o tratamento 1. Resultados que mostram o melhor desenvolvimento da planta na ausência de chuvas e ventos fortes. Já os efeitos sobre as características físicas das amostras não foram estatisticamente significativos (α = 0.01), provavelmente pelo curto tempo de duração do experimento. Os resultados em geral, evidenciaram o potencial da Atriplex nummularia na fitorremediação de solos irrigados com efluentes de esgotos tratados. / Wastewater reuse in crops irrigation represents a good alternative in the water resources management because it supplies nutrients and water in sufficient amount to guarantee the growing of cultures, but also can affects negatively the soil due to the constant irrigation along time. The worst effect is related to the increase of the soil salinity and sodium content. An option to mitigate this effect is to use varieties of vegetable species that can extract or accumulate salt. This study researched the changes in the chemical properties of a Plano soil (distributed in 36 pots, 18 protected of rains and winds and 18 exposed them), irrigated over two months (June – July) with secondary treated wastewater from an anaerobic reactor/maturation pond. Besides that, it was studied the performance of the halophyte Atriplex nummularia in removing salts and cations accumulated in the soil (August 2008 – February 2009), by measuring from the soil extract samples: the behavior of electrical conductivity, sodium, potassium, calcium, magnesium and pH; and from the pots leachate: pH, electrical conductivity and exchangeable sodium. During the phytoremediation process, besides the wastewater effluent used in the first stage (treatment 3), there were also applied wastewater effluent from an UASB reactor (treatment 2) and potable water (treatment 1). Also, it was studied the behavior of soil´s physicals characteristic measuring water retention curves at the beginning and end of the experiment. Irrigation with the secondary treated wastewater from an anaerobic reactor/maturation pond increased significantly soil’s sodium concentration, and simultaneously, it decreased calcium and magnesium concentrations in the soil; augmenting the Exchangeable Sodium Percentages (ESP), thus indicating the sodification of soil superficial layer (0 – 20 cm). The values of pH and electrical conductivity (soil salinity indicators when reaching values below 8,5 and over 4 dS m-1, respectively) increased, but did not reached critical values. The pots not exposed to environmental conditions presented greater salts and cations concentrations accumulated on top soil. Phytoremediation stage efficiencies were higher than 85% (in the absence of rain) and between 30 and 45% (in the presence of rain) for applied treatments 2 and 3, respectively; and more than 80% for the applied treatment 1. These results showed that the plant performance is better in the absence of rain and strong winds. The changes on the physical characteristics were statistically non-significant (α = 0.01), probably because of the short duration of the experiment. The results in general, showed the potential of the Atriplex nummularia in phytoremediation processes of wastewater-irrigated soils.

Phytoremediation is considered to be an economically promising and an ecologically correct technology for the removal of toxic materials from the environment since it employs natural physico-chemical and biochemical processes for the clean up of degraded areas. Guadua angustifolia (Bambusoideae, Poacea), a bamboo that is native in Central and South America and which presents tall, robust and prickly culms, shows considerable potential in the phytoremediation of toxic metals for the following reasons: a) it presents an extraordinary capacity for multiplication and vegetative reproduction; b) it is efficient at fixing CO2 from the atmosphere, thus contributing to the reduction in the socalled 'greenhouse effect'; c) it is not part of the human food chain; d) it presents ornamental traits that can be used to advantage in the landscaping of polluted areas, such as those previously occupied by landfills; and e) the aerial biomass may be used either in civil construction or in the furniture industry after completing its phytoextractive function. The objective of the present study was to investigate the potential of G. angustifolia for the phytoremediation of zinc and cadmium. The absorption and translocation of these metals from roots to leaves, together with their distribution in the different tissues, were analysed. Additionally, the production of metal transporter proteins (phytochelatins) and the formation of complexes between metals and low molecular weight organic compounds were investigated. The experiments were conducted in hydroponic and soil conditions. Soil that had been artificially contaminated with zinc or cadmium sulphate solutions, was distributed in perforated plastic bags. Bamboo shoots, previously maintained in vermiculite, were transplanted to the contaminated soil and kept in the greenhouse at room temperature for 180 days with periodical watering. The washed plants were dried at room temperature and root, culm, leaf and soil samples were digested with a mixture of nitric and perchloric acids (3:1; v/v) for 3 h at room temperature and for 3 4 h at 120°C. The determination of zinc and cadmium in the samples was performed using atomic absorption spectroscopy at 213.9 and 228.8 nm respectively. Based on the absolute average concentration values, the bioconcentration and translocation factors (BCF and TF, respectively) were calculated. The accumulation of metals in organs of the plants cultivated in contaminated soil followed the order roots > culms > leaves. The accumulation of zinc in the roots was 57.2% (2720 mg/kg dry weight), whilst in the aerial parts it was 42.8% (2032 mg/kg). The accumulation vii of cadmium in the roots was 79.9% (770 mg/kg), whilst in the aerial parts it was 20.1% (194 mg/kg). Thus, G. angustifolia fulfils one of the criteria employed to define hyperaccumulator plants in that the concentration of zinc in the aerial parts of plants grown in contaminated substrate was approximately 20.2-fold higher than the average value found in plants grown under control (non-polluted) conditions, whilst the concentration of cadmium was 194-fold higher than the control value. Further analyses showed that the concentration of zinc in contaminated soil that had supported the cultivation of bamboo was reduced by 65.5%, whilst the level of cadmium was reduced by 60.2%. The high values of BCF (> 1) related to zinc indicated that the roots and aerial tissues had not attained saturation and/or that the transport systems were still active under the experimental conditions employed such that even larger quantities of metal could be absorbed and transported. Regarding cadmium, the values of BCF indicated that saturation and/or inactivation of roots had not been attained, as in the case of zinc, whereas this was not valid for the aerial tissues. TF values for both metals were low (< 1) indicating that zinc and cadmium transport in G. angustifolia tissues was not very efficient. One of the greatest obstacles to the use of G. angustifolia in phytoremediation of these metals appears to be related to the translocation in the tissues, mainly from culms to leaves. Although this aspect limits the applicability of G. angustifolia in the phytoremediation of zinc and cadmium, it is clear that this species offers significant potential since the larger portion of its biomass is represented by the culms. Such potential could be exploited by using appropriate agronomic techniques in order to allow the growth of plants in polluted soils, and genetic engineering technology to facilitate the mobility of metals from roots to shoots. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A fitorremediação é considerada uma tecnologia economicamente promissora e ecologicamente correta porque utiliza processos físico-químicos e bioquímicos naturais para a limpeza de áreas degradadas. A Guadua angustifolia (Bambusoideae, Poacea), um bambu nativo da América do Sul e Central, que apresenta colmos robustos, altos e espinhosos, apresenta considerável potencial para a fitorremediação de metais tóxicos pelas seguintes razões: a) possui extraordinária capacidade de multiplicação e reprodução vegetativa; b) pode resgatar CO2 da atmosfera eficientemente, contribuindo para a diminuição do chamado 'efeito estufa'; c) não faz parte da cadeia alimentar; d) possui atributos ornamentais que podem ser utilizados no paisagismo de áreas poluídas, como aquelas previamente ocupadas pelos lixões; e) a biomassa aérea pode ser aproveitada na construção civil ou na indústria moveleira, após cumprido o papel fitoextrator. O objetivo do presente estudo foi investigar o potencial da G. angustifolia para a fitorremediação dos metais pesados zinco e cádmio. Os processos de absorção e translocação dos metais das raízes para as partes aéreas e sua distribuição nos diferentes tecidos foram analisados. Além disso, a produção de proteínas transportadoras de metal (fitoquelatinas) e a formação de complexos de metal com compostos orgânicos de baixo peso molecular foram investigados. Os experimentos com G. angustifolia foram conduzidos tanto em condições hidropônicas, quanto no solo. O solo artificialmente contaminado com soluções de sulfato de zinco ou cádmio foi distribuído em saquinhos de plástico perfurados. As mudas de bambu, previamente mantidas em vermiculita, foram transplantadas para o solo contaminado e conservadas na casa de vegetação, à temperatura ambiente, durante 180 dias, com regas periódicas. As plantas foram então lavadas e dessecadas à temperatura ambiente e as amostras de raízes, colmos, folhas e solo foram digeridas com uma mistura de ácido nítrico e ácido perclórico (3:1; v/v) durante 3 h à temperatura ambiente e posteriormente por 3 a 4 h à 120 °C. A determinação da concentração de zinco e cádmio nas diferentes amostras foi realizada através de espectroscopia de absorção atômica a 213,9 e 228,8 nm respectivamente. Com base nos valores médios absolutos da concentração, os fatores de bioconcentração (FBC) e de translocação (FT) foram calculados. O acúmulo de zinco e cádmio nas plantas cultivadas no solo obedeceram à ordem raízes > colmos > folhas. O acúmulo de zinco nas raízes do bambu foi de 57,2% (2720 mg/kg peso seco), enquanto que v nas partes aéreas foi de 42,8% (2032 mg/kg peso seco). O acúmulo de cádmio nas raízes foi de 79,9% (770 mg/kg) e nas partes aéreas foi de 20,1% (194 mg/kg). As análises demonstraram que ocorreu uma redução de 65,5% na concentração de zinco e 60,2% na concentração de cádmio, no solo contaminado, após o cultivo com bambu. No que diz respeito ao zinco, os altos valores de FBC (> 1) indicaram que as raízes e os tecidos aéreos ainda não haviam sido saturados e/ou os sistemas de transporte ainda estavam ativos nas condições experimentais empregadas e uma quantidade ainda maior de metal poderia ser absorvida e transportada. Com relação ao cádmio, os valores de FBC indicaram que ainda não havia ocorrido saturação e/ou a inativação dos sistemas de transporte nas raízes, ao contrário dos tecidos aéreos que já se encontravam saturados. Os valores de FT para ambos os metais foram baixos (< 1) indicando que o sistema de transporte de zinco e cádmio nos tecidos da G. angustifolia não são muito eficientes. Assim, a G. angustifolia atende um dos um dos critérios usados para definir plantas hiperacumuladoras, em que a concentração de zinco nas partes aéreas das plantas desenvolvidas em substrato contaminado foi aproximadamente 20.2 vezes maior do que o valor médio encontrado em plantas desenvolvidas em solos não poluídos, enquanto que a concentração de cádmio foi 194 vezes maior. Outras análises mostraram que a concentração de zinco no solo contaminado, que havia sido cultivado com bambu, foi reduzida em 65,5%, enquanto que o nível de cádmio foi reduzido em 60,2%. Um dos maiores obstáculos ao emprego da G. angustifolia para a fitorremediação desses metais parece estar relacionado com a translocação nos tecidos, principalmente dos colmos para as folhas. Embora esses aspectos limitam a aplicação da G. angustifolia na fitorremediação do zinco e cádmio, podemos afirmar que essa espécie apresenta grande potencial, visto que a maior parte da biomassa da planta é representada pelos colmos. Esse potencial poderia ser explorado através do uso de técnicas agronômicas adequadas para viabilizar o crescimento das plantas em solos poluídos e de técnicas de engenharia genética para facilitar a mobilidade dos metais das raízes para as folhas.

Major impacts of current and pre-regulatory mining activities on the environment include the generation of acid mine drainage (AMD) and metal(loid)-laden acid sulfate soils. Current remediation techniques are mostly cost prohibitive due to high energy, material, and labor requirement. This study investigated two complementary low-cost methods that harnessed the metal(loid)-removing and acid-neutralizing properties of drinking water treatment residuals (WTRs) and the uptake (phytoremediation) potential of vetiver (Vetiviera zizanioides L.) and pokeweed (Phytolacca americana L.) to attenuate and immobilize metal(loid)s from natural AMD and metal(loid)-contaminated soil. Metals were removed from AMD by using a reverse flow fluidized column filter and hydroponic phytoremediation with vetiver and pokeweed. Metals were immobilized in soil through the amendment with Fe and Ca-WTR complimented by the uptake and translocation of metals by vetiver and pokeweed. Experiments were performed under controlled greenhouse conditions as well as under natural Illinois environment in simulated field conditions. Furthermore, the integrated effects of WTR application and the growth of vetiver on soil erosion were also studied. Physicochemical analysis of AMD and soil samples from the Tab-Simco abandoned mine in the Illinois Coal Basin, U.S.A, showed significant concentrations of major metals and metalloids such as Fe, Al, Mn, Zn, Ni, Cu and As at acidic pH levels. The degree of soil contamination at the site was spatially variable with respect to the location of the main AMD seep. Physical, chemical, agronomic and mineralogical characterization of locally acquired water treatment residuals (WTR) showed that the silty and alkaline (pH ≈ 7.0-9.1) materials also contained significant amounts of plant required micronutrients. The presence of amorphous phases of mostly metal (oxy)hydroxides, alkalinity, and porosity of the WTRs suggested the potential to neutralize acidity and capability to remove metal(loid)s in contaminated soils and AMD. Recorded metal removal (%MR) rate by WTR was rapid in the first 80 min in a batch agitation study, except for Mn. Thus, high metal removal ranging from 99.8% to 84.9% at selectivity sequence of Al>Fe>Cu>Zn and Mn (9.6%) was obtained at equilibrium. The pH of the AMD was also increased from 2.6 to 6.7. Analysis of leachate samples from gravity-drained columns following simulated rain events in a greenhouse study showed reduced concentrations of Al, Fe, Mn, Zn, Cu, As and Pb at sustained neutral pH compared with unamended control columns during the 12 weeks study period. Metal immobilization in soil by the lower amendment rates of WTR was comparable to the higher application rates and also showed lower oxalate extractability of metals. Tissue analysis of pokeweed and vetiver hyperaccumulators showed appreciable uptake of relevant elements although translocation was relatively low in both. The analytical results at the greenhouse scale was reproducible in a simulated field scale study under natural Illinois environmental condition where the best amendment rate including 50 g/kg Fe-WTR and 15 g/kg of Ca-WTR and manure helped to improve metal(loid) retention, soil structure and enhanced vetiver growth which subsequently aided in reducing the rate of erosion to levels comparable to bermudagrass which was used as control. The developed integrated WTR fluidized column and phytoremediation technique with vetiver and pokeweed under hydroponic conditions sequentially removed significant quantities of most heavy metals from AMD. Thus, the overall findings showed that the locally collected WTRs - the otherwise waste materials, showed high metal-removing and acidity-reducing capabilities in AMD and contaminated soil treatment applications. The similarity between the results obtained from the laboratory and simulated field study also showed that laboratory/greenhouse experiments may serve as reliable proxies for field responses in applications such as soil and water conservation in agricultural environments, remediation of abandoned mine lands, as well as wastewater treatment systems.

No Brasil, a logística de recolhimento de óleo lubrificante usado é regulamentada pela Agência Nacional de Petróleo (ANP). Contudo, há riscos de contaminação ambiental durante o transporte, armazenamento, reciclagem e disposição final desse resíduo. O presente estudo teve como objetivo verificar se a capacidade de fitoextração e acumulação de metais presentes em solos contaminados com óleo lubrificante usado pode ser avaliada em fase ainda inicial do desenvolvimento de plântulas, como método de screening para futuros estudos de fitorremediação. Foram estudadas espécies com potencial fitorremediador e tolerantes à presença de petróleo no solo segundo estudos anteriores do grupo de pesquisa BioProcess girassol, soja, acácia e mamona - além de amendoim e nabo forrageiro. O girassol obteve um desempenho de remoção aparentemente superior para maioria dos metais analisados, como previsto na literatura. O nabo forrageiro, da mesma forma que na germinação, obteve resultados superiores na remoção de metais, comparado ao amendoim. A acácia, sendo uma espécie de desenvolvimento lento, produziu pouca biomassa no período inicial de crescimento, o que dificultou a quantificação de metais. Somente a biomassa produzida em meio com 0,5% de óleo foi utilizada. O girassol e o nabo forrageiro mostraram-se tolerantes à presença de óleo lubrificante usado e apresentaram as melhores taxas de remoção de metais em concentrações de 4 à 8% na fase inicial do crescimento vegetal, o que sugere tratar-se de espécies com grande potencial para fitorremediação de áreas multi-contaminadas. / In Brazil, the logistics of collecting used lubricant oil is regulated by the National Petroleum Agency (ANP). However, there is risk of environmental contamination during transport, storage, recycling and final disposal of waste. This study aimed to verify if the capacity for phytoextraction and accumulation of metals in soils contaminated with used lubricant oil can be evaluated in early stage of development of seedlings, as a method of screening for future studies of phytoremediation. Were studied species with potential phytoremediator and tolerant of the presence of oil in previous studies the second floor of the research group Bioprocess - sunflower, soybean, castor bean and acacia - in addition to peanuts and forage turnip. The sunflower had an apparently superior performance of removal for most of the metals tested, as provided in the literature. The turnip forage, the same way that the germination, obtained better results in the removal of metals, compared to peanuts. The acacia, a kind of slow development, produced little biomass in the initial period of growth, which hindered the quantification of metals. Only the biomass produced in medium with 0.5% oil was used. The sunflower and turnip forage appeared to be tolerant of the presence of used lubricant oil and showed the best removal rates of metals in concentrations of 4 to 8% in the early stages of plant growth, which suggests it is of species with great potential for phytoremediation of multi-contaminated areas.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro / A contaminação do solo no município de Santo Amaro (BA) por metais tóxicos provocada pelas atividades da empresa Plumbum Mineração tem gerado impactos sobre a saúde ambiental e humana. O objetivo da presente pesquisa foi avaliar a viabilidade da remediação deste solo contaminado por chumbo e cádmio, utilizando diferentes fontes de fosfatos e fitorremediação com o capim vetiver [Vetiveria zizanioides (L.)]. O estudo foi realizado em colunas de PVC onde amostras de solo foram colocadas com a aplicação de fosfato dihidrogênio de potássio (KH2PO4) (T1); fertilizante fosfato natural reativo (FNR) (T2) e; uma mistura do KH2PO4 e de fertilizante FNR (T3). Amostras de solo contaminado sem tratamento (T0) foram utilizadas como controle. Após 60, 120 e 180 dias, alíquotas do solo foram retiradas das colunas para análises. Ao final de cada período, mudas de capim vetiver [(Vetiveria zizanioides (L.)] foram plantadas em vasos com as amostras de solo: T0, T1, T2 e T3 em triplicata. Para a determinação das concentrações de chumbo e cádmio no solo e tecidos vegetais foi utilizado o ICP-OES. A partir das análises física e química constatou-se que o solo possui textura argilosa e capacidade de troca catiônica (CTC) elevadas. As extrações com solução de ácido dietilenotriaminopentaacético (DTPA) e Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) mostraram que o tratamento T1 seguido do T3 foram os mais eficientes na imobilização de Pb e Cd. Entretanto, todos os tratamentos resultaram em concentrações de metais ainda disponíveis no solo que excediam os limites estabelecidos pela USEPA, sendo o solo, portanto, considerado tóxico mesmo após o tratamento. Com base nas concentrações de metais extraídos através da extração sequencial pelo método BCR após a remediação e a fitorremediação do solo, foi verificado que todos os três tratamentos com fosfatos foram eficientes em imobilizar o Pb e Cd nas formas menos solúveis, porém, o Cd permaneceu mais solúvel e com maior mobilidade do que o Pb. Os ensaios de letalidade utilizando minhoca Eisenia andrei mostraram que a mortalidade observada no solo após 60 dias de tratamento foi significativamente reduzida após 120 e 180 dias de tratamento. A perda de biomassa pelas minhocas também foi reduzida de acordo com o tempo de tratamento. O teste de germinação com alfaces (Lactuca sativa L.) indicou que as amostras de solo tratadas continuam bastante tóxicas, apesar da disponibilidade reduzida do Pb e do Cd como visto nos resultados da extração por TCLP e por BCR. A avaliação de risco ecológico potencial indicou que os tratamentos do solo com fosfatos associado à fitorremediação reduziram a mobilidade do Pb, principalmente nos tratamentos T1 e T3. Para o Cd o risco ecológico potencial aumenta consideravelmente quando comparado com o Pb demonstrando que esse elemento, apesar dos tratamentos com fosfatos mais a fitorremediação continua móvel. O tratamento com KH2PO4 (T1) foi o mais eficiente na redução da mobilidade, disponibilidade e da toxicidade dos metais, seguido pelo T3 e T2 para o Pb e o T3 seguido pelo T1 e T2 para o Cd. / The soil contamination by toxic metals in Santo Amaro municipality (BA) by the industry Plumbum Mining has caused impacts on the environment and human health, as well as economic and social impacts due to the high levels of lead (Pb) and cadmium (Cd) in the air, soil and water. The aim of this research was to access the feasibility of remediating this soil using different sources of phosphates associated to the phytoremediation by vetiver grass [Vetiveria zizanioides (L.)]. Soil samples were treated in PVC columns with the application of dihydrogen potassium phosphate (KH2PO4) (T1), reactive natural phosphate fertilizer (RNP) (T2) and a mixture of KH2PO4 and RNP fertilizer (T3). Untreated contaminated soil samples (T0) were used as control. Soil samples were taken from the columns for analysis after 60, 120 and 180 days of treatment. At the end of each time period, vetiver grass [(Vetiveria zizanioides (L.)] was planted in pots in triplicate with soil taken from the columns T0, T1, T2 and T3. To determine the concentration of Pb and Cd an ICP - OES was used. Based on the physical and chemical analyzes was found that the soil has clayey and high cation exchange capacity (CEC) that are found in Vertisols. Extractions with DTPA and TCLP showed that the most effective treatment to immobilize Pb and Cd was T1 followed by T3, however, exceeded the regulatory limit established by the USEPA and is therefore considered toxic. In the sequencial extractions with BCR method after remediation and phytoremediation has been verified that all three treatments were effective in restraining Pb and Cd in the less soluble forms, however, the Cd is more soluble and has higher mobility than the Pb. Lethality tests using earthworms Eisenia andrei showed mortality was higher in the treatments 60 days, reducing registration of deaths at 120 and 180 days. The loss of biomass was reduced according to the treatment time. The germination tests with lettuce (Lactuca sativa L.) indicated that samples of treated soil still was toxic, although they have reduced the availability of Pb and Cd as seen in the results of the TCLP and BCR. The ecological potential risk assessment indicated that the treatment of the soil with phosphates and more phytoremediation reduced mobility of Pb, especially for T1 and T3. For Cd the ecological potential risk considerably increased compared with the element Pb demonstrating that despite therapy with phytoremediation more phosphates remains quite soluble. KH2PO4 Treatment with (T1) was the most effective in reducing mobility, availability and toxicity the metals followed by T3 and T2 to Pb and T3 followed by T1 and T3 to Cd.

Orientadora: Prof.ª Dra Luisa Helena dos Santos Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, 2016. / Cada vez mais terrenos são contaminados por metais com potenciais altamente tóxicos, tendo origem de: indústrias, fábricas, postos de combustíveis, entre outros. Quando em concentrações elevadas, os metais pesados (MP) podem prejudicar a saúde humana, podendo levar a óbito. Desse modo, a recuperação desses solos é de extrema importância. Uma das dificuldades encontra-se no elevado custo das técnicas para sua remediação, que nem sempre levam a um resultado esperado. A fitorremediação é uma técnica que utiliza plantas para extrair, estabilizar, metabolizar e degradar os contaminantes, sendo de baixo custo, esteticamente viável, e bastante utilizada em rotações de cultura na agricultura para otimização do solo. Nesse sentido, foi realizada a revisão de literatura sobre a fitorremediação de solos contaminados com MP; sendo o objetivo: 1) A avaliação de feijão de porco (Canavalia ensiformis) como fitorremediador de Pb, Cu e Zn em solos; e os objetivos específicos: 1)Determinar a concentração dos metais em estudo nas diferentes partes da planta (raiz, caule e parte aérea); 2)Analisar o potencial fitorremediador dessa espécie e 3)Relacionar os resultados com outros presentes na literatura. O experimento foi realizado em casa de vegetação no laboratório de Processos Biológicos na Universidade Federal do ABC e utilizados os métodos de espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP- MS) e espectrômetro de absorção atômica com chama (F AAS) para análise dos teores de MP extraídos pela planta. Conclui-se de forma geral, que o feijão de porco possui baixo potencial fitorremediador, no seu estágio inicial de crescimento e/ou desenvolvimento, nos solos contaminados por diferentes concentrações dos metais Pb, Cu e Zn. Apresentando maior fitoextração nas raízes e baixa translocação para a parte aérea das plântulas avaliadas durante o trabalho. / More and more lands are contaminated by metals with highly toxic potential, originating from: industries, factories, gas stations, among others. When in high concentrations, heavy metals (HM) can harm human health, leading to death. In this way, the recovery of these soils is of extreme importance. One of the difficulties lies in the high cost of remediation techniques, which do not always lead to an expected result. Phytoremediation is a technique that uses plants to extract, stabilize, metabolize and degrade contaminants, being a low cost, aesthetically viable, and widely used in crop rotation in agriculture for soil optimization. In this sense, the literature review on the phytoremediation of soils contaminated with HMs was made, being the objective: 1) The evaluation of jack bean (Canavalia ensiformis) as a phytoremixer of Pb, Cu and Zn in soils; and the specific objectives: 1) To determine the concentration of the studied metals in different parts of the plant (root, stem and the aerial part); 2) Analyze the phytoremediation potential of this species and 3) Relate the results to others present in the literature. The experiment was carried out in a greenhouse at the Laboratory of Biological Processes at the Federal University of ABC and the methods of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and flame atomic absorption spectrometer (F AAS) were used to analyze the amounts of HMs extracted by the plant. It is generally concluded that jack beans have low phytoremediation potential, in their initial stage of growth and / or development, in soils contaminated by different concentrations of Pb, Cu and Zn metals, with higher phytoextraction in the roots and low translocation to the aerial part of the seedlings evaluated during the work.

O reúso de efluentes de esgotos domésticos na irrigação de culturas representa uma alternativa adequada na gestão dos recursos hídricos devido ao fornecimento de nutrientes e água em quantidades suficientes para o desenvolvimento das culturas, porém, também pode introduz impactos negativos ao solo, em parte, potencializados pela irrigação contínua ao longo do tempo. O maior efeito está relacionado com o aumento da salinidade e sodicidade. Uma alternativa para mitigar este impacto, é o uso de espécies vegetais extratoras e acumuladoras de sais que estão presentes no solo. Neste trabalho avaliaram-se as alterações nas propriedades químicas de um planossolo (disposto em 36 vasos, 18 isolados da chuva e dos ventos e 18 expostos a eventos climáticos) irrigado durante dois meses (junho-julho) com efluente de esgoto tratado por um reator UASB + lagoa de polimento. Posteriormente, avaliou-se o desempenho da espécie halófita Atriplex nummularia na remoção de sais e cátions acumulados no substrato (agosto 2008 – fevereiro 2009), monitorando o comportamento da condutividade elétrica, sódio, potássio, cálcio, magnésio e pH (no extrato do solo) e pH, condutividade elétrica e sódio trocável no percolado dos vasos. Durante a fitorremediação, foram aplicados além do efluente utilizado na etapa anterior (tratamento 3), efluente de um sistema UASB (tratamento 2) e água potável (tratamento 1). Também foi avaliado o comportamento das características físicas do solo mediante a determinação das curvas de retenção de água no inicio e final do experimento. A irrigação com o efluente do sistema UASB + lagoa de polimento incrementou significativamente o teor de sódio ao mesmo tempo em que diminuiu as concentrações de cálcio e magnésio; incrementando em até 30 % o percentual de sódio trocável (PST), indicando a sodificação da camada superficial (0-20 cm) dos substratos. O pH e a condutividade elétrica (indicadores da salinidade do solo quando atingem valores inferiores a 8,5 e superiores a 4 dS m-1, respectivamente) aumentaram sem atingir valores críticos. As condições de maior acumulação de sais e cátions apresentaram-se nos vasos que não estiveram expostos às variáveis climáticas. Com respeito à etapa de fitorremediação, as eficiências na remoção de sódio estiveram acima de 85% (em ausência de chuva) e fora da estufa valores entre 30 – 45% para os tratamentos 2 e 3 e acima de 80% para o tratamento 1. Resultados que mostram o melhor desenvolvimento da planta na ausência de chuvas e ventos fortes. Já os efeitos sobre as características físicas das amostras não foram estatisticamente significativos (α = 0.01), provavelmente pelo curto tempo de duração do experimento. Os resultados em geral, evidenciaram o potencial da Atriplex nummularia na fitorremediação de solos irrigados com efluentes de esgotos tratados. / Wastewater reuse in crops irrigation represents a good alternative in the water resources management because it supplies nutrients and water in sufficient amount to guarantee the growing of cultures, but also can affects negatively the soil due to the constant irrigation along time. The worst effect is related to the increase of the soil salinity and sodium content. An option to mitigate this effect is to use varieties of vegetable species that can extract or accumulate salt. This study researched the changes in the chemical properties of a Plano soil (distributed in 36 pots, 18 protected of rains and winds and 18 exposed them), irrigated over two months (June – July) with secondary treated wastewater from an anaerobic reactor/maturation pond. Besides that, it was studied the performance of the halophyte Atriplex nummularia in removing salts and cations accumulated in the soil (August 2008 – February 2009), by measuring from the soil extract samples: the behavior of electrical conductivity, sodium, potassium, calcium, magnesium and pH; and from the pots leachate: pH, electrical conductivity and exchangeable sodium. During the phytoremediation process, besides the wastewater effluent used in the first stage (treatment 3), there were also applied wastewater effluent from an UASB reactor (treatment 2) and potable water (treatment 1). Also, it was studied the behavior of soil´s physicals characteristic measuring water retention curves at the beginning and end of the experiment. Irrigation with the secondary treated wastewater from an anaerobic reactor/maturation pond increased significantly soil’s sodium concentration, and simultaneously, it decreased calcium and magnesium concentrations in the soil; augmenting the Exchangeable Sodium Percentages (ESP), thus indicating the sodification of soil superficial layer (0 – 20 cm). The values of pH and electrical conductivity (soil salinity indicators when reaching values below 8,5 and over 4 dS m-1, respectively) increased, but did not reached critical values. The pots not exposed to environmental conditions presented greater salts and cations concentrations accumulated on top soil. Phytoremediation stage efficiencies were higher than 85% (in the absence of rain) and between 30 and 45% (in the presence of rain) for applied treatments 2 and 3, respectively; and more than 80% for the applied treatment 1. These results showed that the plant performance is better in the absence of rain and strong winds. The changes on the physical characteristics were statistically non-significant (α = 0.01), probably because of the short duration of the experiment. The results in general, showed the potential of the Atriplex nummularia in phytoremediation processes of wastewater-irrigated soils.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Herbicides that present residual effect in the soil, preventing or reducing the emergence of weeds, are inputs of great importance to ensure the expected productivity of comercial crops. However, this residual can prejudice the next crops that do not have the tolerance to the active ingredient of these products and the longer they remain in the soil, the probability of leaching is higher, contaminating the environment. In view of the above, this doctorate thesis had as a goal evaluate the possibility of descontamination of rice cultivating soils with residual of the herbicides imazethapyr, imazapic and imazapyr, by the use of potential phytoremediator plants. The present study was divided in four chapters: 1) Phytoremediation in pots containing soil of irrigated rice with residual imidazolinone; 2) Imidazolinone degradation in rhizosphere of plants phytoremediator; 3 Efficiency of Vicia sativa in the remediation of soil contaminated with imazapyr + imazapic depending on soil type and 4) Use of plants in reducing the residual formulated mixtures of imazethapyr + imazapic and imazapyr + imazapic in codição field. Soybean, vetch, jack bean and consortium of white clover and birdsfoot trefoil, are plants that have the ability to remediate soil contaminated with herbicides belonging to the chemical group of the imidazolinone. The degradation of the herbicide imazethapyr, imazapyr and imazapic, is higher in vegetated soil than in bare soil, demonstrating phytoestimulator effect of these plant species under the existing microbiota in the rhizosphere of the same. Vetch is phytoremediation of soil contaminated with formulated mixture of imazapyr + imazapic even in different soil types. The herbicide imazapyr + imazapic causes greater residual effect that imazethapyr + imazapic, under field condition. . / Herbicidas que apresentam atividade residual no solo, impedindo ou reduzindo a emergência de plantas daninhas, são insumos de grande importância para garantir a produtividade esperada das culturas comerciais. Todavia, esse residual pode comprometer as culturas subsequentes que não possuem tolerância ao princípio ativo desses produtos e quanto mais tempo permanecerem no solo, maior será a probabilidade de sofrerem lixiviação, contaminado o ambiente. Em vista do exposto, essa tese teve por objetivo avaliar a possibilidade de descontaminação de solo de cultivo de arroz irrigado com residual dos herbicidas imazetapir, imazapique e imazapir, através da utilização de plantas potencialmente fitorremediadoras. O presente estudo foi dividido em quatro capítulos: 1) Fitorremediação em vasos contendo solo de cultivo de arroz irrigado com residual de imidazolinonas; 2) Degradação de imidazolinonas em solo rizosférico de plantas fitorremediadoras; 3) Eficiência de Vicia sativa na remediação de solo contaminado com imazapir + imazapique em função do tipo de solo e 4) Uso de plantas na redução do residual das misturas formuladas de imazetapir + imazapique e imazapir + imazapique em codição de campo. Soja, ervilhaca, feijão-de-porco e, consórcio de trevo branco e cornichão, são plantas que possuem capacidade de remediar solo contaminado com os herbicidas pertencentes ao grupo químico das imidazolinonas. A degradação dos herbicidas imazetapir, imazapique e imazapir é maior em solo vegetado do que em solo sem vegetação, demonstrando efeito fitoestimulador dessas espécies vegetais sob a microbiota existente na rizosfera das mesmas. A ervilhaca é fitorremediadora de solo contaminado com a mistura formulada de imazapir + imazapique, mesmo em diferentes tipos de solo. O herbicida imazapir + imazapique causa maior efeito residual que imazetapir + imazapique em condições de campo.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 726631 bytes, checksum: 4b99d1bb7278ac3af995722dcd6a4931 (MD5) Previous issue date: 2007-12-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Canavalia ensiformis and Stizolobium aterrimum species grown in nutrient solution, pH 5.5, were treated with arsenic (As) at 0.0; 1.5; 2.5 and 3.5 mg L-1 concentrations during five days. After plant treatment As content and dry mass yield were determined. Arsenic effect on physiological and antioxidative parameters were also studied in the two species exposed to 0 and 1.5 mg L-1 As concentrations. Arsenic contents in plant roots and shoots increased with the increase in As in the nutrient solution, always at higher rates in C. ensiformis. Wilting of leaves was observed in C. ensiformis at 2.5 and 3.5 mg L-1 As concentrations, but not in S. aterrimum. Both species showed As toxicity symptoms in the roots. S. aterrimum showed darkening and diameter increase of lateral roots. C. ensiformis showed root yellowing only when exposed to 1.5 mg L-1 As concentration, followed by an increase in toxicity symptoms intensity and root system disintegration as As concentration was increased. Reduction of root hair number occurred in both species, with higher intensity in C. ensiformis. The species showed dry mass reduction in both plant parts, especially in the shoots. Chlorophyll a, b and total and carotenoids contents increased in C. ensiformis, but did not change in S. aterrimum with As treatment. Arsenic reduced CO2 assimilation rate, transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), internal to external CO2 concentration ratio (Ci/Ca) and internal CO2 concentration (Ci) in both species, especially in C. ensiformis. Initial fluorescence (F0) and variable fluorescence to maximum fluorescence ratio (Fv/Fm) did not change in both species exposed to As. Plants exposure to As resulted in superoxide dismutases (SODs) activity increase in roots and leaves in both species. Peroxidases (POXs) activity decreased in both plant parts of S. aterrimum, but increased in C. ensiformis with As treatment. Glutathione reductases (GRs) activity increased in the roots of both species, especially in S. aterrimum. In the leaves, however, GRs activity increased only in C. ensiformis, while in S. aterrimum enzyme activity reduced. Lipid peroxidation in roots and leaves increased in both species after As treatment, especially in S. aterrimum. Under the experimental condition used in this research S. aterrimum was considered more tolerant to the toxic effects of As than C. ensiformis. / As espécies Canavalia ensiformis e Stizolobium aterrimum, cultivadas em solução nutritiva, pH 5,5, foram tratadas com arsênio (As) nas concentrações de 0,0; 1,5; 2,5 e 3,5 mg L- 1, durante cinco dias. Após este período, determinou-se o teor de As e seus efeitos sobre a produção de massa seca. Além disso, determinou-se o efeito do As sobre processos fisiológicos e parâmetros antioxidativos nas espécies submetidas às doses 0 e 1,5 mg L-1de As. A concentração de As nas raízes e parte aérea das plantas aumentou com o aumento da concentração de As na solução nutritiva, sempre em maior intensidade em C. ensiformis. Observou-se murcha foliar apenas em C. ensiformis nas doses 2,5 e 3,5 mg L-1 de As, mas o mesmo não foi observado em S. aterrimum. Nas raízes, ambas as espécies apresentaram sintomas de toxidez. S. aterrimum apresentou escurecimento e aumento do diâmetro das raízes laterais. C. ensiformis apresentou amarelecimento das raízes somente quando submetida à dose 1,5 mg L-1, com evolução dos sintomas de toxidez e desintegração das raízes com o aumento na concentração de As. A redução de pêlos radiculares ocorreu nas duas espécies, sendo mais intensa em C. ensiformis. As espécies apresentaram reduções da massa seca nas duas partes das plantas, especialmente na parte aérea. O tratamento com As resultou em aumento nos teores de clorofilas a, clorofila b, clorofila total e carotenóides para C. ensiformis, enquanto S. aterrimum não apresentou alteração nas variáveis. Nas duas espécies o As reduziu a taxa de assimilação de CO2, a transpiração (E), a condutância estomática (gs), a relação concentração de CO2 interna e externa (Ci/Ca) e a concentração interna de CO2 (Ci), especialmente em C. ensiformis. A fluorescência inicial (F0) e a relação fluorescência variável e fluorescência máxima (Fv/Fm), não sofreram alterações nas duas espécies. A exposição das plantas ao As resultou em aumento na atividade das dismutases do superóxido (SODs), tanto nas raízes quanto nas folhas nas duas espécies. A atividade das peroxidades (POXs) reduziu em S. aterrimum, mas aumentou em C. ensiformis com o tratamento com As. A atividade das redutases da glutationa (GRs) aumentou nas raízes das duas espécies, especialmente em S. aterrimum. Nas folhas, entretanto, a atividade das GRs aumentou em C. ensiformis, mas decresceu em S. aterrimum. A peroxidação de lipídios nas raízes e nas folhas sofreram acréscimos, quando submetidas ao tratamento com As, especialmente em S. aterrimum. Sob as condições experimentais da presente pesquisa, S. aterrimum foi considerada mais tolerante aos efeitos tóxicos do As do que C. ensiformis.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 575036 bytes, checksum: 18cb2ad7521cef555ed6c892d0aee9e3 (MD5) Previous issue date: 2013-03-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Plants of Landoltia punctata (G.Mey.) Les & DJ (Lemnaceae) were exposed to increasing concentrations of arsenic (As) for 24 hours to evaluate the occurrence of biochemical, physiological and ultrastructural changes. The plants showed As concentrations greater than 1.0 mg g-1 DM and, therefore, can be considered hyperaccumulators of this element. The highest concentration of MDA occurred in the treatment with 3.0 mg L-1 of As. There was reduction in the anion concentration at the highest concentration of As, which may be caused by the increased activity of superoxide dismutase (SOD). The highest activity of SOD may have increased the levels of hydrogen peroxide (H2O2) in plants exposed to the highest As concentration. There was reduction in the activity of catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase and glutathione in plants exposed to the highest As concentrations. The activity of glutathione reductase increased with the increase in As concentration. Concentration of anthocyanin was higher in plants exposed to As. Exposure of plants to As resulted in increased levels of total soluble thiols and protein thiols, which was not observed for non-protein thiols. Analysis by scanning electron microscopy showed structural root damage, especially in the root cap region. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectrometry (EDS) of outer layers of the root apex exposed to As showed increase in the relative content of As, decrease in sulfur and maintenance of phosphorus content. The results showed that exposure of L. punctata to As led to rapid absorption and accumulation of this metalloid by plants, with several direct or indirect damages caused by the increased concentration of reactive oxygen intermediates, which could not be reversed by the action of antioxidant enzymes. / Plantas de Landoltia punctata (G.Mey.) Les & D.J. (Lemnaceae) foram expostas por 24 horas às concentrações crescentes de arsênio (As), com o objetivo de avaliar as alterações bioquímicas, fisiológicas e ultraestruturais. As plantas apresentaram concentrações de As maiores do que 1,0 mg g-1 MS, podendo ser consideradas hiperacumuladoras. O maior aumento na concentração de MDA ocorreu no tratamento com 3,0 mg L-1 de As. Houve redução na concentração de ânion na maior concentração de As, podendo ser o resultado da maior atividade da dismutase do superóxido (SOD). A maior atividade da SOD pode ter contribuído para o aumento nos teores de peróxido de hidrogênio (H2O2) nas plantas expostas à maior concentração de As. Houve redução na atividade das enzimas catalase, peroxidase e peroxidase do ascorbato e da glutationa nas plantas expostas às concentrações mais altas de As. Observou-se aumento na atividade da glutationa redutase com o aumento na concentração de As. A concentração de antocianina foi maior em plantas expostas ao As. A exposição das plantas ao As resultou em aumento nos teores de tiois solúveis totais e proteicos, o que não foi observado em relação aos teores de tiois não-proteicos. A análise por microscopia eletrônica de varredura evidenciou danos estruturais radiculares, principalmente na região da coifa. Na análise das camadas mais externas do ápice radicular exposto ao As por microscopia eletrônica de varredura com energia dispersiva de raio-X (EDS) foi observado aumento no teor relativo de As, diminuição no de enxofre e manutenção no teor de fósforo. Conclui-se que a exposição de L. punctata ao As resultou em rápida absorção e acúmulo desse metaloide pelas plantas, com diversos danos diretos ou indiretos, ocasionados pelo aumento da concentração de intermediários reativos de oxigênio, os quais não puderam ser revertidos pela ação das enzimas antioxidantes.