IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003. DISTRIBUIÇÃO E AVALIAÇÃO TEMPORAL DOS CÁTIONS K, Ca, Mg e Na EM ÁGUA E SEDIMENTO NO LAGO IRAÍ, PINHAIS/PR, BRASIL. DISTRIBUTION AND TEMPORAL EVALUATION OF CATIONS K, Ca, Mg e Na IN WATER AND SEDIMENT IN IRAÍ LAKE, PINHAIS/PR, BRASIL. CLEVERSON V. ANDREOLI1, CHARLES CARNEIRO, EDUARDO S. PEGORINI 1
Companhia de Saneamento do Paraná - SANEPAR, Rua Engenheiro Rebouças, 1376, Bairro Rebouças , Curitiba, PR. CEP 80.219-900; e-mail:
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Summary
The present paper was developed in the Iraí Reservoir, Pinhais city, state of Paraná - Brazil, which is responsible for 20% of the supplied water of the Metropolitan Region of Curitiba. The main target of the study is to evaluate the distribution standard and seasonal variations of K, Ca, Mg and Na in the water and in the sediment of the reservoir. As auxiliary parameters were analyzed pH, organic carbon and CTC in sediment, as well as mineralogical soil aspect. Monthly samples of the ground material and the water were collected between May 2002 and April 2003, at four significant points in the reservoir. The data were statistically analyzed through multivariate analysis, regression and correlations. The average concentration of K, Mg and Na found in water are higher than the average of the others Brazilians similar reservoirs, due to mainly the mineralogical contributions and some diffuse sources of antropical origin. The high values found for K between may and october are due to microclínio material, to the spatial differences and the higher soil/sediment relation early samples. There were identified low relation between Na x K and Ca x Mg, in water as well as in sediment. There were not found influence of the sea precipitation over the concentration of the elements in the reservoir. Key words: eutrophication, phosphorus, sediment, water analysis. Introdução O sedimento é considerado o principal compartimento onde ocorrem a maioria das reações físico-químico-biológicas, podendo contribuir significativamente no aporte de nutrientes para o meio líquido (ESTEVES, 1998). A dinâmica de nutrientes recebe grande influência dos tributários, da mobilização a partir do sedimento de fundo, do assoreamento, da erosão, da decomposição de restos vegetais de fundo do reservatório e do intemperismo das rochas. Segundo CARVALHO (1995), a mobilidade dos elementos químicos é influenciada pelo raio iônico, potencial de oxidação, arranjo estrutural, grau de cristalinidade, e granulometria, porosidade, permeabilidade e composição química do material, e ainda, fatores de ordem climática. A salinidade e a condutividade elétrica são caracterizados e relacionados à presença de cátions. A variação temporal de salinidade pode afetar significativamente as populações de organismos vivos presentes no meio, já que pode influenciar diretamente os processos metabólicos vitais, em função da osmorregulação. Por outro lado, a concentração salina tem relação com a densidade da água, que por sua vez está intimamente ligada com estratificação da
IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003. coluna, que interfere na distribuição dos nutrientes e compostos orgânicos, consequentemente, no desenvolvimento fitoplanctônico. Materiais e Métodos O trabalho foi desenvolvido no reservatório Iraí, município de Pinhais/PR. Foram realizadas coletas mensais ao longo de 01 ano (maio de 2002 a abril 2003) do material de fundo e água em 04 pontos representativos no reservatório (FIGURA 01). O material de fundo foi amostrado utilizando-se draga WILDCO® 6", que caracteriza-se por coletar apenas o sedimento superficial (≅ 10 cm). As amostragens de água foram de superfície (≅ 20 cm). Os parâmetros analisados neste trabalho foram: K, Mg Ca e Na. Em relação aos teores totais, foi realizada digestão multi-ácida HCl, HNO3 e HClO4 e determinação em ICP/AES para sedimento e água. Para os teores trocáveis no sedimento, K e Na extração em Mehlich-1 e determinação por fotometria de chama e Ca e Mg extração em KCl 1mol L-1 e determinação por titulometria, pH (CaCl2) e C através de digestão via seca; (JONES JR & CASE, 1990 e PAVAN et al., 1992). Também foi realizada análise mineralógica do solo através de difratometria de raios-X com auxílio do programa "X'Pert HighScore" para interpretação dos resultados. A área de abragência da Bacia do Iraí pertence à Bacia Sedimentar de Curitiba-Formação FIGURA 01 - PONTOS AMOSTRAIS Guabitotuba, tendo como principal material de N origem argilito, com lentes de arcósio. Os solos predominantes na área de abrangência do lago são tipicamente organossolos e gleissolos, tanto no relevo plano, como em aluviões à volta. É relevante também a influência de materiais residuais e transportados e a contribuição PC 509 antrópica. O reservatório tem quatro tributários principais: Canguiri, Timbú, Cercado e Curralinho, sendo através do Rio Timbú o PC 502 principal aporte da carga orgânica e nutrientes PC 506 PC 507 (93% de P, 92% de N-total e 84% da DBO); (FREIRE & BOLLMANN, 2003) Os dados foram analisados estatisticamente através de análises multivariadas, diagramas de dispersão e correlações. N Resultados e Discussões A distribuição vertical dos cátions e ânions na coluna d'água depende da temperatura, ou seja, da ocorrência ou não de estratificação térmica. Desta forma, quando o perfil não encontra-se estratificado, os íons dissolvidos distribuem-se de forma relativamente homogênea na coluna. Quando há estratificação, ocorre uma tendência de maior concentração na região hipolímnica, que recebe uma influência maior do sedimento. A interação da água com as rochas tem grande influência sobre a dinâmica das águas, especialmente sobre a concentração dos cátions dissolvidos, devido à textura, mineralogia e o dinamismo dos processos. A mineralogia do solo base do lago é constituída principalmente por quartzo (SiO2), microclínio (KAlSi3O8) e albita (Na/Ca Al/Si3O8). Microclínio é um feldspato rico em K, oque pode explicar parcialmente os altos teores de K-total no sedimento nos seis primeiros meses de monitoramento (GRÁFICO 01), devido às diferenças espaciais de amostragem mesmo que geo-referenciadas e à maior relação solo/sedimento nas amostragens iniciais (pouco tempo de enchimento da represa). E ainda, possíveis erros indeterminados na marcha analítica. O efeito concentração em função da redução do volume de água na represa neste período não foi observado em água. Uma melhor investigação neste sentido tem relevância, visto que a variação acontece em todos os pontos e é acompanhada pelas variações
IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003. nos teores de Na (r = 0,72). Os reduzidos e estáveis valores de K-trocável no sedimento se devem a alta solubilidade do elemento. Os maiores teores de carbono orgânico no ponto PC509 não influenciaram os teores trocáveis de K, Ca e Mg no sedimento. Já os valores médios observados na água do lago, Ca (2,67 mg L-1), K (1,69 mg L-1), Mg (1,62 mg L-1) e Na (3,20 mg L-1), com exceção do Ca, os demais cátions encontraram-se relativamente acima de valores observados em outros lagos brasileiros (ESTEVES, 1998), embora, dentro de valores considerados aceitáveis. Possivelmente, contribuições mineralógicas dos feldspatos e algumas fontes difusas de origem antrópica como agricultura e esgotos clandestinos, devem estar exercendo influências significativas sobre estes teores. A proximidade do ambiente costeiro com a bacia, que poderia causar influência de precipitações marinhas com concentrações significativas de sais, especialmente Mg e Na, não foram verificadas, visto que, nos meses de maior precipitação, não houve aumentos significativos nos teores em água destes elementos (GRÁFICO 02). GRÁFICO 01 – DISTRIBUIÇÃO DOS TEORES DE Ca, K, Mg e Na EM ÁGUA E SEDIMENTO – LAGO IRAÍ – 2002/2003. Teores Totais - Sedim ento 1,60 1,40
Ca
1,20
K Mg Na
1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 M J
J
A S O N D J
F M A
M J
J A S O N D J F M A
PC507
M J
J A S O N D J F M A
PC506
M J J
A S O N D J
PC509
F M A
PC502
Teores Totais - Água
10,00
Ca K
8,00
Mg Na
6,00
4,00
2,00
0,00 M J
J
A
S
O N D J
F M A
M J
J
A
PC507
S
O N D J
F M A
M J
J
A
PC506
S
O N D J
F M A
M J
J
A
PC509
S
O N D J
F M A
PC502
Teores Trocáveis - Sedim entos 14,00 Ca K Mg pH C%
12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 M J
J
A S O N D J
PC507
F M A
M J
J
A S O N D J
PC506
F M A
M J
J
A S O N D J
PC509
F M A
M J
J
A S O N D J
PC502
F M A
IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003.
GRÁFICO 02 - VALORES DASPRECIPITAÇÕES PLUVIOMÉTRICAS - LAGO IRAÍ - 2002/2003. 200 175 150 125 100 75 50 25 0
Algumas das relações testadas apresentaram coeficientes de correlação diferenciados quanto ao grau de interdependência enter as variáveis. Adicionalmente, merecem destaque as relações K x Na em água e sedimento e Ca x Mg no sedimento, como esperado, embora no sedimento, Na tenha apresentado correlações com todos os cátions testados. O pH apresentou correlação significativa com Ca no sedimento, dinamismo semelhante ao que acontece em solo. As relações testadas com C não apresentaram-se significativas (QUADRO 01). As projeções planas das variáveis para as componentes principais 1, 2 e 3 atestam as correlações observadas e apresentam a distribuição e peso de cada componente principal sobre a variabilidade dos parâmetros.(FIGURA 02). QUADRO 01 - MATRIZ DE CORRELAÇÕES PARA Ca, K, Mg e Na - LAGO IRAÍ - 2002/2003. Sedimento (teor total) Água (teor total) Sedimento (teor trocável) Ca K Mg Na 1 Ca 0,21 1 K 1 0,70 0,28 Mg 1 0,44 0,90 0,36 Na 0,33 -0,07 0,18 0,04 pH NOTA: Significância 0,29 (P0,05)
pH
Ca
1
K
Mg
Ca K Mg
0,37 0,02
1 0,01
1
Na
-0,01
0,72
-0,03
Na
Ca Mg 1 1 0,57 -0,08 0,24 -0,04 -0,24 0,39 0,08
Ca Mg K C pH
1
K
C
pH
1 0,15 -0,15
1 0,19
1
FIGURA 02 - PROJEÇÕES PLANAS MULTIVARIADAS PARA K, Ca, Mg, Na, pH e C. Projection of the variables on the factor-plane ( 1 x 2
Projection of the variables on the factor-plane ( 1 x 3
Projection of the variables on the factor-plane ( 2 x
1,0
1,0
1,0
K-a Na-a
Mg-s
Mg-a C-s
Ca-s Ca-t
0,5 Factor 3 : 12,90%
Factor 3 : 12,90%
Mg-t 0,0
K-s Na-s
0,5
Ca-a K-t
Na-s Factor 2 : 17,23%
K-s Na-s
K-s
0,5
Ca-a pH
Ca-s C-s
0,0 Mg-s Mg-a Ca-t
K-a
K-t
Ca-a Ca-s Mg-s
Mg-a K-a
Ca-t
Na-a
-0,5
-0,5
pH
-1,0 -0,5
0,0 Factor 1 : 25,39%
0,5
1,0
-1,0 Active
K-t
Na-a -0,5
Mg-t
-1,0
-1,0
C-s
pH
0,0
Mg-t
-1,0 -0,5
0,0 Factor 2 : 17,23%
0,5
1,0
-1,0 Active
-0,5
0,0
0,5
1,0
Factor 1 : 25,39%
Conclusões Os teores médios de K, Mg e Na em água são maiores do que a média de outros lagos brasileiros semelhantes, atribuídos em função das características da bacia à principalmente contribuições mineralógicas e algumas fontes difusas de origem antrópica. Os altos valores observados para K entre maio e outubro devem-se especialmente ao material de origem microclínio, às diferenças espaciais de e à maior relação solo/sedimento nas amostragens iniciais.
Active
IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003.
Foram confirmadas as estreitas relações entre Na x K e Ca x Mg, tanto em água como em sedimento. O pH apresentou correlação apenas com o Ca no sedimento e, C-org não foi significativo em nenhuma das correlações testadas. Não foram observadas influências de precipitações marinhas sobre os teores observados no lago.
Referências bibliográficas
• CARVALHO, I.G. Fundamentos da geoquímica dos processos exógenos. Salvador, 211 p, 1995 • ESTEVES, F. A. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência,. 2 ed, 602 p, 1998. • JONES JR, J.B.; CASE, V.W. Sampling handling, and analyzing plant tissue samples. In: WESTERMAN et al (eds) Soil testing and plant analysis. SSSA Book Series nº3, Madison, p. 389427, 1990. • PAVAN, M.A.; BLOCH, M.F., ZEMPULSKI, H.C.; MIYASAWA, M.; ZOCOLER, D.C. Manual de análise química de solo e controle de qualidade, IAPAR, Circular 76, Londrina, 1992.
