LIVRO- SOLO, PLANTA E ATMOSFERA = Capitulo 1

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Os Sistemas
Ao iniciar os estudos sobre o comportamento físico do sis-
tema solo-planta-atmosfera (SSPA), são imprescindíveis
a definição e a descrição dos elementos desse sistema. O
SSPAé dinâmico e tem, ao mesmo tempo, caráter fechado
e aberto. Conjunto articulado de inter-relacionamentos
entre as partes de um todo, busca seu equilíbrio e se auto-
regula permanentemente mediante processos regidos por
leis muito bem definidas. É considerado fechado por ter
consistência real, relativa autonomia e lógica interna pela
qual se auto-organiza e se auto-regula. É, também, aberto
porque se dimensiona para fora, por uma teia de interde-
pendência com o meio circundante, perdendo e ganhando
energia e matéria. Troca "informações" em uma interde-
pendência ecológica em que tudo está ligado a tudo. Na
Parte 1deste livro, abordaremos cada elemento que o com-
põe, que, por sua vez, pode ser considerado um novo siste-
ma. Dessa forma, ÁGUA, SOLO, PLANTA eATMOSFERA
são descritos de modo a fornecer as informações necessá-
rias para que possamos estudar os processos dinâmicos de
matéria e de energia que neles ocorrem. No Capítulo I, a
título de introdução, abordamos a influência do homem
sobre esse sistema.
Heráclito de Éfeso
(544-484 a.C.)
"Morte de terra é tornar-se água,
morte de água é tornar-se ar,
de ar fogo, e vice-versa."
1
o HOMEM E O SISTEMA
SOLO-PLANTA-ATMOSFERA
INTRODUÇÃO
o século XX sofreu mudanças nunca antes
ocorridas na evolução do homem, sobretudo no
que se refere a avanços científicos e tecnológicos.
O trecho a seguir mostra essas mudanças de for-
ma romântica e se encaixa bem em discussões que
abordam problemas ambientais que o homem en-
frenta neste início do século XXI.
... publiquei o primeiro livro em 1939 e o segun-
do precisamente vinte e cinco anos depois. Entre
Olha para o céu, Prederico! e O coronel e o lobiso-
mem, o mundo mudou de roupa e de penteado.
Apareceu o imposto de renda, apareceu Adolf
Hitler e o enfarte apareceu. Veio a bomba atômi-
ca, veio o transplante. E a lua deixou de ser dos
namorados. Sobrevivi a todas estas catástrofes. E
agora, não tendo mais o que inventar, inventaram
a tal poluição, que é a doença própria das máqui-
nas e parafusos. Que mata os verdes da terra e o
azul do céu. Esse tempo não foi feito para mim.
Um dia, não vai haver mais azul, não vai mais ha-
ver pássaros e rosas. Vão trocar o sabiá pelo com-
putador. Estou certo que esse monstro feito de mil
astúcias e mil ferrinhos, não leva em conta o can-
to do galo nem o brotar das madrugadas. Um
mundo assim, primo, não está mais por conta de
Deus. Já está agindo por conta própria.
José Cândido de Carvalho.
"O coronel e o lobisomem"
1964
As plantas, os animais e os microrganismos
que vivem em determinada área e constituem
uma comunidade biológica estão interligados por
complexa rede de relações funcionais que inclui
o ambiente no qual existem. O conjunto dos com-
ponentes físicos, químicos e biológicos, inter-
dependentes entre si, constitui o que os biólogos
denominam ecossistema. Esse conceito se baseia
sobretudo nas relações funcionais entre os orga-
nismos vivos e o ambiente em que vivem.
A biosfera como um todo pode ser conside-
rada um ecossistema, pois representa um envelo-
pe extraordinariamente pequeno em relação às
dimensões de nosso planeta e sustenta a única
forma de vida conhecida no universo. Há cerca
de 400 milhões de anos, condições favoráveis ao
desenvolvimento vegetal permitiram um enrique-
cimento da atmosfera até uma mistura de apro-
ximadamente 20% de oxigênio, mais nitrogênio,
4 I SOLO, PLANTA EATMOSFERA
argônio, gás carbônico e vapor d'água. Com pre-
cisão incalculável, essa mistura foi mantida ao
longo dos séculos por plantas, animais e micror-
ganismos que a usavam e a reconstituíam em ta-
xas iguais. O resultado foi um sistema fechado,
um ciclo balanceado no qual nada se perde, onde
tudo se aproveita, em equilíbrio dinâmico. Equi-
líbrio dinâmico é uma forma de equilíbrio no qual
há movimento, mas as "coisas" são invariáveis no
tempo. Por exemplo, um reservatório de água re-
cebe continuamente de uma torneira 5 litros de
água por minuto e pelo ladrão se perdem igual-
mente 5 litros por minuto. O nível de água no
tanque permanece inalterado e a água se move.
Para manter esse equilíbrio dinâmico (steady
state) todos os ecossistemas requerem quatro ele-
mentos básicos: 1) substâncias inorgânicas (ga-
ses, minerais, íons); 2) produtores (plantas) que
convertem essas substâncias inorgânicas em ali-
mentos; 3) consumidores (animais) que se utilizam
dos alimentos; e 4) decompositores (micror-
ganismos) que transformam o protoplasma em
substâncias que possam ser reusadas por produ-
tores, consumidores e mesmo por decompo-
sitores, fechando assim o ciclo. Apenas os
produtores têm capacidade de usar a energia solar,
produzindo tecido vivo. Ou seja, o reino vegetal
sustenta o reino animal, e ambos deixam seus
restos para os decompositores. O uso eficiente dos
produtos de decomposição pela natureza é
também fator fundamental na formação de um
solo. E o processo é tão delicado e complexo que
se estima que a formação de alguns centímetros
de solo fértil leva séculos.
Os ecossistemas são regidos por uma série de
leis fundamentais à manutenção do equilíbrio e
da vida. Uma delas é a adaptação: cada espécie
encontra um lugar preciso no ecossistema que lhe
fornece alimento e ambiente. Ao mesmo tempo,
todas as espécies têm o poder defensivo de se
multiplicar mais rapidamente do que sua própria
taxa de mortalidade. Como resultado, predado-
res tornam-se necessários para manter-a popula-
ção dentro dos limites de sua disponibilidade de
alimento. O jaguar que caça um antílope é neces-
sário para a manutenção da comunidade de antí-
lopes, mesmo que isso não pareça justo para o
indivíduo eliminado. A diversidade também é
outra lei necessária. Quanto mais espécies dife-
rentes existirem em uma área, tanto menor a
chance de uma delas proliferar e dominar a re-
gião. A diversidade é a tática de sobrevivência na
natureza.
O Sistema Solo- Planta -Atmosfera, como par-
te da biosfera, está sujeito a todas essas leis e prin-
cípios. Do ponto de vista do homem ele é o
fornecedor das substâncias inorgânicas, o produ-
tor de seus alimentos e o decompositor que per-
mite que o ciclo se feche. Entretanto, o homem
violou todas as leis do equilíbrio e tem ameaçado
tanto a natureza como sua própria existência no
planeta. O principal fator de desequilíbrio é a ex-
plosão demo gráfica, que contraria a lei da diver-
sidade da natureza. Estima-se que a população de
Homo sapiens passou de 5 milhões há 8 mil anos
para 1 bilhão em 1850, o que demonstra clara-
mente que nesse período havia razoável equilí-
brio entre homem e natureza. No entanto, de 1850
para cá o tempo necessário para a duplicação da
população mundial tem diminuído significativa-
mente. Em 1930 a população mundial alcançou
os 2 bilhões, mas em 1991 já ultrapassava a casa
dos 5 bilhões. Na Figura 1.1 pode-se verificar esse
crescimento exponencial. Felizmente, nestes pri-
meiros anos do século XXI já se pode verificar
alguma desaceleração desse crescimento.
Essa grande população é o fundamento de
uma série de outros problemas que ameaça os
ecossistemas, entre os quais se destaca a poluição
ambiental, que ocasiona uma alteração tal no am-
biente que este, muitas vezes, não tem meios de
reagir. Em termos científicos, trata-se de um afas-
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7,5 bilhões em 2020 --.. ?
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6,3 bilhões em 2003 --.
2 bilhões em 1930 --.
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2000 4000 d.e.
Figura 1.1. Distribuição da populaçãomundial.
tamento tão grande e brusco do estado de equilí-
brio dinâmico mantido ao longo dos séculos que,
na maioria das vezes, pode ser considerado
irreversível. As fontes de poluição podem ser as
mais variadas possível. De origem urbana pode-
mos destacar os efluentes (esgoto), o lixo sólido e
a drenagem de águas pluviais que arrasta consigo
toda sorte de resíduos; de origem industrial, os
efluentes inorgânicos e orgânicos, como também
o calor; de origem agrícola, materiais inorgânicos
(adubos) e orgânicos (pesticidas, inseticidas,
herbicidas) e a erosão. São ainda de grande im-
portância os resíduos radioativos e as grandes
obras de engenharia de construção.
No sistema solo-planta-atmosfera cada cons-
tituinte sofre uma influência típica do homem.
Em primeiro lugar trataremos da água. Essencial
à vida, é encontrada na face da Terra em maiores
quantidades do que qualquer outra substância
pura. Segundo Stikker (1998), cerca de 97,5%
são salgadas e 2,5%, doces, dos quais 69% re-
presentam geleiras e neves eternas, 30%, a água
subterrânea, 0,9% outros reservatórios não pron-
-2000 o
Anos
tamente disponíveis e 0,3% está em lagos e rios
prontamente disponíveis para o homem. Destes
últimos, 65% são utilizados em atividades agrí-
colas, 22%, pela indústria e 7%, pelos muni-
cípios, sendo perdidos os 6% restantes, razão
pela qual a escassez de água potável já pode ser
sentida há muito tempo. E este é um grande pro-
blema mundial, um desafio para o século XXI.
Em livro editado há 25 anos, Reichardt (1978),
já se preocupava com a situação, escrevendo esta
dedicatória:
Dedico estas páginas ao bom senso dos homens,
na esperança de que em um breve futuro a água
cristalina e potável volte a ser o recurso natural
mais abundante na faceda Terra.
A poluição da água pode ocorrer com os mais
variados agentes: 1) produtos biodegradáveis e
substâncias orgânicas em geral; 2) produtos quí-
micos (minerais, metais pesados, ácidos, bases);
3) produtos orgânicos não-degradáveis (plásticos,
detergentes, pesticidas e outros produtos da in-
6 I SOLO, PLANTA EATMOSFERA
dústria petroquímica). Esses agentes poluidores
entram nas cadeias de alimento dos ecossistemas
em determinadas fases e podem chegar ao ho-
mem. Problemas sérios são intoxicações com
metais pesados, como chumbo, mercúrio, arsê-
nico, cádmio etc.
Para o caso de águas paradas ou semiparadas,
como lagos e represas, é comum o uso do termo
eutroficação para o aumento na concentração de
íons na água, sobretudo nutrientes, como subs-
tâncias que contêm nitrogênio, N, e fósforo, P.Esse
aumento dos níveis de N e P de origem orgânica
(industrial, urbana ou agrícola) ou de origem
inorgânica (industrial) provoca um desbalan-
ceamento nesses ecossistemas. Certas espécies de
plantas, como as algas, desenvolvem-se de forma
assombrosa em relação às outras, modificando as
condições de oxigenação, penetração de luz,
temperatura, fauna e flora. A eutroficação é um
processo praticamente irreversível e, nos poucos
casos em que algo pôde ser feito, grandes somas
foram despendidas para sua recuperação.
Para avaliar a ação dos agentes biodegradáveis
no que se refere a seu potencial de poluição utili-
za-se como índice a Demanda Bioquímica (ou
Biológica) de Oxigênio (DBO). Esses agentes são
tóxicos indiretamente, pois para sua decomposi-
ção biológica roubam o oxigênio dissolvido na
água. Assim, quanto maior o DBO de um produto
lançado em um curso de água, mais oxigênio
retira-se dela. Essa diminuição do nível de oxigê-
nio dissolvido na água tem grande influência so-
bre a fauna e a flora. É o caso do despejo de esgoto
urbano e de resíduos das indústrias de papel e de
restilo das usinas de açúcar e álcool. DBO é a
quantidade de oxigênio necessária para a decom-
posição de material biodegradável, em condições
aeróbicas, por ação biológica. Assim uma água
servida de DBO = 6000 miligramas por litro re-
fere-se a uma água tal que a cada litro despejado
em um rio, farão com que 6000 mg do oxigênio
dissolvido sejam consumidos. O esgoto urbano
tem DBO entre 200 e 400 ppm e o restilo de usi-
nas de açúcar entre 15 mil e 20 mil ppm. Logica-
mente a quantidade de material lançado em
relação ao volume do corpo de água também é
de grande importância na diminuição do teor de
oxigênio dissolvido. Em geral, as águas têm teor
de oxigênio dissolvido da ordem de 12 ppm. A
maioria dos peixes exige um mínimo de 4 a 6 ppm.
O lançamento de detritos com alto DBO em cor-
pos d'água faz que sejam atingidos valores de oxi-
gênio dissolvido próximos de zero, sendo
dramática a conseqüência sobre a fauna aeróbica.
Os agentes poluidores do solo podem ser clas-
sificados da mesma forma como se fez no caso da
água. Aqui nos limitaremos a discutir três aspec-
tos da poluição do solo: pela irrigação, pela ferti-
lização e pelo uso de agrotóxicos. Não é qualquer
água que presta à irrigação. A concentração da
água em sais minerais é de grande importância,
tanto qualitativa como quantitativamente.
Quantitativamente a concentração salina de águas
de irrigação é avaliada pela condutividade elé-
trica. As águas são classificadas de acordo com
sua viabilidade para a irrigação. Por exemplo, nos
EUA as águas com condutividade elétrica abaixo
de 0,75 mmhos/cm (a 25°C) são consideradas de
primeira classe. Uma desvantagem do critério da
condutividade elétrica é o fato de que ele não leva
em conta a qualidade do íon. Ca, Na, Mg e K pos-
suem efeitos distintos no solo, sendo oNa o íon
mais problemático. Irrigações descontroladas po-
dem provocar dispersão do sistema coloidal do
solo, alterando de modo significativo suas pro-
priedades físicas, determinar sua salinização e
torná-lo infértil. Essas irrigações podem ainda
contaminar os reservatórios de água subterrânea.
Na Califórnia, por exemplo, o Vale Imperial- re-
gião entre as mais produtivas do globo - já nas
décadas de 1960-70 encontrava-se ameaçado de
gradativa salinização em decorrência das práti-
cas de irrigação adotadas. A recuperação de áreas
salinizadas é trabalho difícil e dispendioso, em
especial por exigir muita água de boa qualidade.
Em muitas partes do planeta, doses excessi-
vas de fertilizantes têm sido utilizadas, sobretudo
o N, cuja resposta na produtividade é compen-
sadora, mas cujo uso tem sido exagerado. Em
extensas regiões, as águas subterrâneas acham-se
condenadas devido à alta concentração de N03•
Outro problema é o uso de inseticidas e herbi-
cidas. A demanda por alimento para populações
cada vez maiores tem aumentado tanto que o uso
de agrotóxicos em doses crescentes tornou-se
imprescindível. Entre essas substâncias orgânicas,
muitas não são biodegradáveis e são muito resis-
tentes à decomposição por qualquer outro pro-
cesso. Exemplos típicos são o DDT, o BHC e o 2.4
D, que, absorvidos por plantas e insetos, são
levados pela água e, em dado momento, entram
na cadeia alimentar dos ecossistemas pelas mais
variadas portas.
A poluição atmosférica é brutal, resultante,
sobretudo, da atividade industrial, como indús-
trias de papel, siderúrgicas, petrolíferas e quími-
cas em geral, e proveniente de gases residuais de
motores de combustão interna. A agricultura con-
tribui com as queimadas, tanto de florestas como
de resíduos de culturas. Entre os principais
poluentes da atmosfera encontramos os óxidos
de carbono, enxofre, nitrogênio, substâncias or-
gânicas e metais pesados. °monóxido de carbo-
no combina-se com a hemoglobina do sangue
tornando-a incapaz de transportar oxigênio. A
conseqüência é sufocamento, problemas cardía-
cos e pulmonares. Da mesma forma, os óxidos de
nitrogênio também reduzem a capacidade de
transporte de oxigênio do sangue, enquanto os
óxidos de enxofre contribuem para o aparecimen-
to de moléstias pulmonares.
Outro efeito importante da poluição atmos-
férica é a modificação de suas propriedades físi-
o HOMEM E O SISTEMA SOLO-PLANTA-ATMOSFERAI 7
co-químicas. Como veremos no Capítulo 5 da
atmosfera, passaram-se milênios para que esse
invólucro gasoso entrasse em equilíbrio dinâmico,
apresentando concentração constante e caracte-
rística de seus diferentes constituintes, concen-
tração essa que permitiu o estabelecimento da
vida no planeta. A poluição atmosférica tem alte-
rado de forma significativa essas características,
notadamente em áreas localizadas, como centros
urbanos e industriais. De grande importância é a
modificação da qualidade e da quantidade de
energia solar que atinge o solo. Em certas áreas a
poluição já chega a reduzir a energia solar em 40%
de seu valor normal. Qualitativamente, certos
comprimentos de onda são absorvidos (sobretu-
do por CO, CO2) quase por completo, de forma
que um espectro de características diferentes che-
ga à superfície do solo. Essas modificações no
balanço de energia afetam a distribuição de tem-
peratura, pressão atmosférica, vento, chuva ete.
Como conseqüência surgem problemas de visi-
bilidade, inversão térmica e o efeito estufa. No
fim da década de 1990 a preocupação com as mu-
danças globais - Global Change - na atmosfera
terrestre aumentou tremendamente. °Protocolo
de Quioto, firmado em 1997, pede a redução das
emissões de CO2, em especial para as potências
do Primeiro Mundo que, de longe, são os maio-
res poluidores da atmosfera.°plástico, indiretamente (por que mais polui
quando queimado), é um dos maiores poluidores
da atmosfera, pois não há microrganismo capaz
de se aproveitar da energia existente no plástico
e, físico-quimicamente, ele é muito resistente, pelo
menos em condições ambientais. Poucas pessoas
têm consciência de que o plástico no qual carne e
vegetais são embrulhados não pode ser destruí do
sem prejuízos à natureza e, se for deixado nesta,
nela permanecerá intacto por gerações. A forma
mais fácil de destruí-lo é por combustão, daí sua
importância como poluidor da atmosfera.
1.1. O que se entende por ecossistema?
1.2. Enumere agentes poluidores da água, do solo, da planta e da atmosfera.
1.4. O que são processos de transferência?
1.5. O que é o efeito estufa?
1.6. O que se sabe sobre o buraco na camada de ozônio?
1.7. O que é agricultura sustentável?
1.8. O que se entende por seqüestro de carbono?
1.9. De que mudanças globais trata o Protocolo de Quioto (1997)?
8 I SOLO, PLANTA EATMOSFERA
Analisada em termos muitos gerais, a influên-
cia do homem sobre o ambiente e, em particular,
sobre o sistema solo-planta-atmosfera, evidencia-
se a importância de se conhecer, em detalhe, os
processos que se desenrolam nesse sistema. A
maior demanda por alimentos em razão do au-
mento da população, problemas de poluição
ambiental, armazenamento e tratamento de lixo,
recarga de reservatórios de água subterrânea e
controle efetivo das propriedades naturais do
sistema solo-planta-atmosfera tornam indispen-
sável ao homem o estudo básico dos processos fí-
sico-químicos responsáveis por qualquer alteração
no estado de equilíbrio dinâmico desse sistema.
EXERCíCIOS
1.3. O que é DBO?
Em fins da década de 1980 teve início uma
fase de grande conscientização ecológica em que
se reconheceu que o atual modelo de produção
agropecuária precisava de mudanças profundas
visando à maior conservação do ambiente. O ter-
mo em moda hoje é "agricultura sustentável" -
aquela que tornaria possível a produção agrícola
em equilíbrio com o ambiente por gerações. Esse
é um grande desafio que precisa ser enfrentado
no século XXI, e vencê-Ia depende do conheci-
mento profundo dos processos que regem a di-
nâmica do sistema solo-planta-atmosfera, com os
quais este livro pretende contribuir.