Universidade de São Paulo Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" Departamento de Genética Disciplina: LGN 478/479 Genética e Questões Socioambientais Docente Responsável: Dra. Silvia Maria Guerra Molina

Emissões Gasosas como fatores de poluição agroindustrial

----------------------------------------------------- O presente texto consiste num resumo, tradução e adaptação do capítulo 6 de: Merrington, G.; Winder, L; Parkinson R.; Redman, M. Agricultural Pollution.

London/New York: Spon Press. 2002, 243p.

Introdução: A agroindústria captador é tanto uma fonte de poluição atmosférica.

como um Os efeitos das emissões das atividades agropecuárias vão desde aborrecimentos locais de curto-prazo devidos a odores excessivos, à sua contribuição a impactos de longo prazo relacionados ao aquecimento global.

Os quatro poluentes gasosos decorrentes dessas atividades são: . amônia . metano . óxido nitroso e . dióxido de carbono Também cabe considerar os odores relacionados a atividades agropecuárias.

Veremos: . a produção e formação dessas principais emissões gasosas . os problemas potenciais de poluição que esses gases podem causar e . soluções práticas para minimizá-los.

A agroindústria e as emissões gasosas:

Processos naturais geram emissões gasosas a partir de atividades agropecuárias. Amônia, metano, óxido nitroso e dióxido de carbono são componentes dos ciclos biogeoquímicos naturais que ciclam carbono e nitrogênio no solo, plantas, animais e atmosfera.

Sua importância como poluentes associados às atividades agropecuárias decorre da: - expansão (ex: aumento de áreas aradas para cultivos) - especialização (ex: concentração de gado bovino em grandes rebanhos) - intensificação (ex: aumento do uso de fertilizantes nitrogenados) na produção vegetal e animal contemporânea e recente.

Da mesma forma que contribuem para a poluição atmosférica, as atividades agropecuárias são afetadas por poluentes emitidos por outras fontes.

Ex: emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) originadas em processos industriais e na combustão nos transportes podem ter um efeito negativo sobre o estabelecimento e crescimento de plantas cultivadas devido ao seu efeito de acidificação dos solos.

Em contrapartida, no Reino Unido (UK), uma das principais medidas para melhorar a qualidade do ar e reduzir o impacto da deposição ácida tem sido o aumento do cultivo de plantas que requerem enxofre, com destaque para sementes oleaginosas e trigo.

As ocorrências de gases na atmosfera variam amplamente devido às suas características químicas: . Gases que são relativamente não-reativos e insolúveis em água (como o metano e o óxido nitroso) espalham-se rapidamente para a troposfera (os 10-15 km inferiores da atmosfera) e podem se mover para a estratosfera (os próximos 30-40 km da atmosfera).

. Gases que são solúveis (como a amônia) dissolvem-se mais prontamente na umidade, ou no material particulado ou em gotas de água e dessa forma podem retornar à superfície da Terra de forma direta e relativamente mais rápida. É menos provável que esses se difundam muito ou que alcancem regiões acima da troposfera.

O

tempo de residência

é um conceito usado para descrever o tempo de permanência das emissões gasosas na atmosfera. É calculado pela quantidade total do gás na atmosfera dividida pela sua taxa anual de remoção.

Emissões de Amônia: Problemas de poluição: A amônia (NH 3 ) é o principal poluente atmosférico, mas tem um tempo de residência muito curto como um gás na troposfera e conseqüentemente desempenha um pequeno papel na química da atmosfera.

Ela pode, entretanto, neutralizar alguns dos ácidos presentes (H 2 SO 4 e HNO 3 ) e pode também absorver radiações infravermelho e sua contribuição ao aquecimento global é considerada insignificante.

A maioria das emissões de amônia retornam rapidamente à superfície da Terra por: . via úmida (como na chuva ou névoa) ou . deposições secas, freqüentemente próximas a seu ponto de origem (estima-se que dois terços das emissões de amônia do UK sejam depositadas dentro dos limites legais das propriedades que a emitem).

As emissões de amônia têm três conseqüências potenciais: 1. Embora a amônia seja alcalina, contribui para a acidificação do solo e de águas potáveis pela liberação de íons H + durante a oxidação microbiana (nitrificação) do NH 4 + (amônio) a NO 3 (nitrato).

(Uma vez que as emissões de enxofre vêm declinando, os compostos de nitrogênio, incluindo a amônia, agora se constituem na maior contribuição para a acidificação do solo e água potável no UK e considera-se provável que sejam a principal contribuição para a deposição ácida na maior parte da Europa no futuro).

2. Elevação dos níveis locais de N no solo aumentando sua fertilidade e possivelmente aumentando o risco de lixiviação de NO 3 3. Pode apresentar efeitos tóxicos diretos sobre plantas causando amarelecimento de folhas e efeitos secundários tais como desequilíbrio de nutrientes.

A redeposição de amônia pode ser útil como fonte suplementar de N. Entretanto, altos níveis localizados de N e a acidificação do solo podem afetar adversamente a qualidade e o rendimento dos cultivos como já foi constatado em campos adjacentes a criações intensivas de aves.

A elevação da amônia em ecossistemas sensíveis naturais e semi-naturais deve ser considerada porque a combinação da acidificação e do enriquecimento de N pode modificar significativamente as características da composição da flora, reduzindo tanto a abundância de espécies como a biodiversidade .

Em ecossistemas de águas potáveis o efeito acidificante da deposição de amônia deve ser mais importante que o enriquecimento de nutrientes (eutrofização) porque o N geralmente não é limitante.

A sensibilidade de ecossistemas naturais e semi naturais ao impacto da poluição atmosférica é variável e comumente é expresso pelo termo carga crítica que se refere à carga máxima de um dado poluente atmosférico que um ecossistema sensível pode tolerar sem que ocorram efeitos danosos de longo prazo.

Esse conceito tem sido aplicado a poluentes ácidos para indicar a capacidade dos solos em áreas de ambientes sensíveis, em captar poluentes atmosféricos ácidos.

Quanto mais pobre o solo e mais esparsa a vegetação, menor a carga crítica.

Ex: florestas ácidas de coníferas: 7kg N ha -1 campos calcários: 35 kg N ha -1 ano -1 ano -1

Fontes de Poluição por Amônia A maior fonte de emissões de amônia na Europa é a volatilização decorrente da agricultura – no UK mais que 80% Outras fontes incluem o tratamento de águas servidas, a combustão industrial, a queima de biomassa e aterros.

Há três circunstâncias principais em que ocorre a volatilização de amônia nas atividades agroindustriais: 1. Da decomposição de resíduos de gado contendo uréia (vacas, carneiros e porcos) ou ácido úrico (aves). A hidrólise da uréia ou ácido úrico pela enzima urease produz amônia. Uma vez que a amônia é um álcali, sua produção resulta numa elevação local de pH, a qual altera o equilíbrio natural entre amônia e íons amônio (NH 3 e NH 4 + ) em soluções líqüidas, tendendo a formar mais amônia. As emissões gasosas de amônia então ocorrem devido à rápida volatilização desta da solução.

2. Períodos subseqüentes à aplicação de fertilizantes à base de amônio ou uréia . O processo de emissão é similar àquele dos resíduos de animais, com o maior potencial para perdas de N em fertilizantes (20-30%) devido à volatilização da amônia quando ocorre a aplicação de uréia em solos alcalinos

3. Das folhas de plantas cultivadas fertilizadas . A volatilização da amônia pode ocorrer por meio do estômato das plantas ao longo do ciclo vital de uma planta em crescimento. A probabilidade de que isso ocorra é estreitamente relacionada ao metabolismo do N durante as diferentes fases do desenvolvimento dos cultivares, com picos de emissão ocorrendo quando as plantas têm excesso de N na forma de amônio na solução intercelular de suas folhas. Isso provavelmente ocorre tanto nos períodos subseqüentes à aplicação de fertilizantes como após a floração quando o planta está remobilizando N para transferir para o grão pela quebra de proteínas das folhas.

Outras fontes de emissão de amônia de plantas fertilizadas incluem a

decomposição de folhas caídas

de plantas com sementes oleaginosas ou onde a vegetação tenha sido cortada e deixada no campo.

A volatilização da amônia é maior nos sistemas de criação de animais e essas emissões elevam-se significativamente associadas a: - expansão da agropecuária (aumenta o número de animais) - intensificação da produção dos animais, incluindo a elevação das taxas de aplicação de fertilizantes nitrogenados em pastos e o uso de dietas com altos teores de proteínas para elevar a produtividade (somente de 20 a 40% do N da alimentação animal como proteína na forragem ou outras fontes de alimento, é retida no animal ou nos produtos animais, o restante é excretado como N não absorvido nas fezes e como uréia na urina) .

Fatores que afetam a taxa de emissão: - Temperatura - Sazonalidade - pH do solo e - práticas de gerenciamento da propriedade rural

Soluções Práticas: As principais normas referem-se à poluição industrial e não a emissões de amônia pela agroindústria, embora haja previsões de que restrições às emissões de amônia venham a ser impostas às agroindústrias no futuro. Enquanto isso, a redução de tais emissões depende de iniciativas individuais de cada estabelecimento agroindustrial, embora haja claramente um incentivo econômico à redução dessas perdas de modo a reter e utilizar produtivamente tanto N quanto possível dentro da agroindústria.

Redução de emissões de amônia por boas práticas: A mais importante estratégia para minimizar as emissões de amônia é limitar as oportunidades de volatilização , o que ocorre pela redução do contato do esterco e dejetos com o ar durante o confinamento de animais, estoque dos resíduos e liberação de resíduos orgânicos.

Métodos para o controle do odor também são úteis. Outros aspectos também são importantes: Onde possível, deve-se ajustar mais rigorosamente os níveis de proteína da alimentação dos animais a seus requerimentos efetivos (ex: de acordo com seu estágio de crescimento ou meta de produção) de modo a reduzir o N residual nos dejetos .

Ex: experimento de alimentação porcos alimentados com uma dieta de baixos teores de proteína bruta excretaram 44% menos N total no esterco, enquanto as concentrações de amônia em seus abrigos apresentaram uma redução em torno de 50%. As taxas de crescimento e os pesos finais foram os mesmos dos porcos alimentados com uma dieta comercial normal. Técnicas similares têm sido desenvolvidas para aves, mas elevar a eficiência do nitrogênio fornecido pela dieta para gado bovino e ovino é mais difícil.

- Como para o controle de odores, a chave para a redução das emissões é a limpeza e a manutenção de paredes e pisos livres de urina e fezes.

- O armazenamento de esterco está associado a ~ 2% do total anual de perdas de amônia, mas essas podem ser reduzidas sem muitos custos se o esterco for mantido coberto com filmes plásticos (por ex.) que reduzem as emissões em até 80% em tanques e em até 95% em lagoas, embora seja necessária a remoção do biogás para controlar a pressão.

Emissões de Metano: Problemas de poluição: O metano (CH 4 ) é um componente gasoso natural da atmosfera e junto com o dióxido de carbono, óxido nitroso e vapor de água é particularmente importante com relação ao efeito estufa .

Ao contrário da amônia o tempo de residência do metano pode ser considerável e pode absorver 21 vezes mais radiação infravermelho do que o CO 2 .

- As principais ações poluentes do metano estão associadas com seu papel no aumento das taxas de aquecimento global.

- Não possui odor embora freqüentemente lhe seja atribuída a responsabilidade por maus odores. - É altamente inflamável o que precisa ser considerado quando estocado em tanques ou outras instalações para armazenamento.

Fontes de Metano: As emissões decorrentes de atividades agroindustriais respondem por cerca de 37% do total no UK e é produzido principalmente pelo processo digestivo natural de ruminantes .

O gado bovino responde por 75% das emissões associadas à criação de animais 1 vaca leiteira madura pode produzir 100 kg de metano em um ano - s eguindo–se ovelhas, porcos e aves.

Essas últimas não produzem metano diretamente, embora sob certas condições seu esterco possa fazê-lo.

A ação de bactérias dejetos na maioria dos estercos e pode produzir metano (a taxas muito menores que os próprios animais) e requerendo condições de anaerobiose.

De considerável importância global é a produção de metano em plantações de arroz submerso a qual é responsável por 30% de todas as emissões de metano. Isso se deve à fermentação anaeróbica de matéria orgânica nos solos submersos, dois dos produtos finais sendo CO 2 e metano (CH 4 ).

Esse mesmo processo é responsável pelas emissões naturais de metano de terras alagadas, pântanos e brejos.

Com o aumento de 65% da produção de arroz previsto para os próximos 25 anos (a partir de 2002), esta fonte deverá se tornar muito maior e a busca por medidas de manejo será mais relevante. Sugere-se entretanto que tal conhecimento já existe e que se aplicado pode reduzir até 40% dessas emissões.

A principal fonte não agroindustrial de metano biogênico é constituída por aterros de rejeitos , embora suas emissões sejam muito variáveis (<0,0004 a > 4000g m -2 ).

Entretanto, a contribuição dessa fonte ainda é maior que a da agropecuária. Se a legislação referente a aterros se tornar mais restritiva esse quadro poderá se modificar.

Soluções Práticas:

Há poucas orientações sobre a redução das emissões de metano decorrente de criações de animais.

A redução no número e a adoção de criações menos intensivas poderiam ter um efeito significativo sobre as emissões bem como poderiam elevar a produtividade por animal.

Os principais focos atuais estão sobre: - alterações em sistemas de gado de leite visando a alteração do conteúdo de protozoários do rúmen, os quais desempenham papel primordial na geração do metano - melhoras na saúde e bem estar dos animais - maximizar o potencial genético

Compostagem e produção de biogás a partir do esterco e dejetos podem ser alternativas eficientes a curto prazo, além dessa última se constituir numa fonte alternativa para geração de energia.

Complemento:

Gases de Efeito Estufa e o Aquecimento Global

O efeito estufa é um aspecto natural e essencial da atmosfera da Terra. Se não houvesse efeito estufa a superfície da Terra poderia estar 30ºC mais fria. A absorção por alguns gases da atmosfera, da radiação de ondas longas refletidas pela superfície da Terra, reduz a quantidade de calor, que sem esse processo de retenção, seria perdida para o espaço.

Uma elevação na concentração desses gases atmosféricos responsáveis por esse efeito estufa pode posteriormente elevar a quantidade de energia térmica retida. Dessa forma, a influência antropogênica sobre o efeito estufa está associada primariamente com a elevação do aquecimento global devido à elevação das emissões de gases com esse efeito.

Na última década do século XX o UK esteve mais quente que nos últimos 300 anos. Essa evidência associada a medidas da elevação dos gases de efeito estufa e os resultados de modelos de previsão climática têm sido apresentados pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas como evidência da indução humana de mudança em nosso clima.

As atividades agroindustriais são responsáveis por ±8% das emissões da gases de efeito estufa no UK embora globalmente isso signifique que 20% do CO 2 , 35% do CH 4 e 65% do N 2 0 advêm de processos do solo ou como resultado de mudanças no uso da terra. Estabelecer um inventário nacional de gases de efeito estufa seria uma primeira medida para seu controle, bem como estabelecer metas-limite para suas emissões seja pela agricultura ou outras fontes.

Mesmo que ocorram reduções imediatas nas emissões, os prováveis efeitos benéficos não deverão ser detectáveis a curto e médio prazos.

Estimativas sugerem que em torno do ano 2050 o UK deverá estar de 1 a 2 ºC mais quente que a média entre 1961 e 1990, com invernos mais quentes e aumento de períodos quentes durante os verões, embora as mudanças nas chuvas sejam difíceis de prever.

Os prováveis impactos sobre as atividades agropecuárias incluem: - Mudança na localização das atividades agrícolas (os limites das áreas dos cultivos atuais podem se mover futuramente para norte – no hemisfério norte) - Novas variedades de plantas cultivadas previamente não adequadas para as condições climáticas em um dado local poderão ser necessárias

-Limitações na disponibilidade de água com grande impacto nos cultivos hortícolas - Rendimento de alguns tipos de plantas cultivadas pode aumentar, assim como o de ervas daninhas, com implicações para a resistência a herbicidas - Mudanças nos tipo de infestações e doenças que afetam as plantas cultivadas e criações de animais, com implicações para a transmissão de doenças decorrentes de vetores.

Há quem [1] considere, entretanto, que as evidências atuais apresentadas com relação ao aquecimento global devido a mudanças climáticas de origem antropogênica são falhas, ou pelo menos não são tão irrevogáveis como alguns cientistas sugerem.

---------------------------------------------------------- [1] O autor refere-se às considerações que se seguem, apresentadas por: Young, A. (2000) Environmental Change in Austrália Since 1788. 2nd Edition, Oxford University Press, Oxford.

Em particular, há a consideração de que nem todas as evidências dão suporte à teoria do aquecimento global.

Enquanto as temperaturas da superfície têm se elevado no hemisfério norte, elas têm caído no hemisfério sul.

Além disso, é difícil diferenciar entre variações climáticas naturais e mudanças induzidas pelo homem. As temperaturas têm se elevado e caído dramaticamente no passado em ao menos 2ºC, permitindo aos Vikings estabelecer colonização na Groelândia entre os séculos IX e XII .

Também é bem conhecido que muitos dos modelos climáticos atuais para produzir cenários das mudanças raramente são capazes de considerar adequadamente as emissões de poeiras ou mudanças naturais nos níveis de CO 2 .

Entretanto, o aumento do aquecimento global poderia ter efeitos extensivos tão amplos sobre muitas das facetas de nossas vidas que uma abordagem preventiva com relação ao controle das emissões dos gases de efeito estufa é a opção mais sábia.

Bibliografia citada fonte dos dados da primeira tabela: Brunce, N.J. Introduction to Environmental Chemistry . Wuerz Publishing Ltd. Winnipeg, Canada.