As albufeiras como estações de trânsito na sedimentação: estudo geológico sobre a reutilização de sedimentos de sistemas portugueses e brasileiros

Abstract

"Sem resumo feito pelo autor"; Embora as barragens sejam um empreendimento de extrema importância dados os múltiplos usos para que foram destinadas, para além das emissões gasosas para a atmosfera, elas representam hoje em dia uma séria ameaça ambiental devido aos múltiplos impactos negativos que têm nas bacias de drenagem e ao problema que representam no ciclo natural dos sedimentos, ao funcionarem como barreira ao transporte de material até às zonas costeiras. Devido a este último aspecto, percentagem variável dos materiais entrados numa albufeira é retida nesta, facto que contribui para o seu progressivo assoreamento. A acumulação excessiva de sedimentos está em estreita ligação com um problema actual gravíssimo – a progressiva desertificação das regiões a montante. A quantidade e natureza dos sedimentos que se acumulam no fundo são consequência de intensos processos erosivos e de perda de solo que se verificam cada vez mais nas bacias de drenagem, a montante. Dado que são arrastados dos solos muitos nutrientes necessários ao desenvolvimento vegetal, o processo de erosão excessiva contribui, por um lado para a desertificação de muitas zonas e, por outro, para um aumento da produção primária e consequente deterioração da qualidade da água destes sistemas, devido à constante troca de elementos através da interface sedimento – água. Considerando que (1) um dos melhores métodos para recuperação de sistemas em acelerada fase de eutrofização consiste na remoção dos sedimentos superficiais onde se acumulam preferencialmente os nutrientes limitantes ao crescimento e que (2) para melhorar as propriedades químicas e fisicas dos solos sujeitos a processos erosivos intensos e necessário fornecer-lhes aditivos que contenham quantidades apropriadas de nutrientes, então, uma vez removidos, estes materiais poderão constituir um importante recurso para uso agrícola, no caso de não terem concentrações significativas de elementos tóxicos. O objectivo principal deste trabalho consiste no estudo da disponibilidade dos sedimentos das albufeiras como solos ou aditivos agrícolas a utilizar em solos grosseiros e de baixa qualidade. Neste sentido, estudaram-se os sedimentos de fundo de dois conjuntos de albufeiras: (1) albufeiras portuguesas (Maranhão, Monte Novo e Divor), situadas na região do Alto Alentejo e (2) albufeiras brasileiras (Passo Real e Capingüi), situadas no Estado mais meridional (Rio Grande do Sul), de modo a testar a sua fertilidade, através de análises químicas, físicas e mineralógicas e da comparação dos valores obtidos com solos agrícolas considerados como padrão. Paralelamente fizeram-se ensaios de fertilidade, mediante um estudo comparativo de crescimento de pimentos. Atendendo (1) à diversidade de factores que condicionam a sedimentação nas albufeiras em estudo, (2) aos mecanismos de transformação passíveis de ocorrer durante a erosão e transporte das partículas desde os mantos de alteração das rochas/solos até à sua deposição nestes meios e (3) ao facto de as partículas dos solos onde se concentram preferencialmente os elementos nutritivos, pela sua baixa densidade e/ou reduzida dimensão serem as mais facilmente lixiviadas, facilmente se explicam as acentuadas diferenças mineralógicas e bioquímicas entre os sedimentos depositados no fundo destes sistemas hídricos e os materiais das bacias de drenagem com maior influência na sua alimentação. Independentemente do sistema considerado verifica-se, nos sedimentos, um aumento das formas totais, de troca e solúveis, da generalidade dos elementos considerados como essenciais na avaliação da fertilidade. Isto significa que os materiais depositados em qualquer das albufeiras, embora com características distintas entre si, apresentam melhores qualidades agrícolas do que os materiais que lhes estão na origem. O aumento das várias fracções dos elementos nutritivos nos sedimentos é favorecido pelas suas características textuais e mineralógicas muito particulares A caracterização dos dois grupos de albufeiras considerados neste estudo mostra claramente a boa qualidade da generalidade dos sedimentos para uso agrícola. Com efeito, para a maior parte das variáveis, os sedimentos ultrapassam os valores médios estabelecidos para solos considerados por diversos autores como solos padrão. Embora os sedimentos portugueses apresentem, de uma forma geral, maiores teores de elementos nutritivos sob formas directamente assimiláveis pelas plantas, consequência de uma composição mineralógica mais favorável à retenção e solubilização destes elementos, ambos os conjuntos de sistemas mostram claramente melhores qualidades agrícolas do que os solos das respectivas bacias de drenagem. Os nossos resultados demonstram ser da maior importância a avaliação da viabilidade económica da remoção de sedimentos das albufeiras e da sua utilização como solos agrícolas ou como fertilizantes em solos de baixa qualidade. Resumindo, será repô-los no local de onde eles vieram! Se esta avaliação económica tiver resultados positivos, esta ideia poderia ser aplicada em grande escala a regiões onde a erosão acelerada e a escassez de solos atingem níveis assustadores. A sua quase completa desertificação, aliada a um número elevadíssimo de barragens construídas em virtude da escassez de recursos hídricos naturais, torna-as áreas prioritárias de intervenção imediata. Sendo os resultados positivos, pensa-se que é ainda possível reverter o efeito negativo do assoreamento e eutrofização das albufeiras, convertendo-se deste modo, a causa de um problema mundial num recurso com valor. /Abstract - Dams have largely increased in numbers due to the dependence of many regions on surface-water storage. Although they are responsible for production of high amounts of CO, and. CH4 to the atmosphere due to mechanisms of organic matter decomposition, they still represent one of the less polluting energy sources. However, they are a problem to the environment because (1) they represent barriers to the natural sediment transport cycle and rivers don't flow anymore freely to the oceans and. (2) they themselves lose value as they become filled with sediment causing loss of storage capacity and progressively decreasing the quality of water due to nutrients and metals release from bottom sediments. This latter feature may be responsible for increased eutrophication in rivers downstream and even in the ocean. The accelerated sedimentation results from natural processes and. Over-erosion in drainage areas. The progressive degradation of soils is one of the major problems of planet Earth: (1) topsoils loss is approaching 1% per year while natural remediation can take hundreds of years, (2) the finer particles which contain nutritional elements much needed for sustainable organic productivity, are easily leached from soils and accumulate in the bottom of dam reservoirs. As one of the methods to recover eutrophic systems is dredging superficial nutrient-rich sediments, once removed, these sediments could be an important resource for agricultural use because they contain the nutritional elements leached from soils. This work was aimed at determining the suitability of reservoir sediments as agricultural soil, additives or mineral fertilizers, in eroded regions. We have studied the bottom sediments from three reservoirs in Southern Portugal (Alentejo) – Maranhão, Monte Novo and Divor, and two reservoirs in Southern Brazil (Rio Grande do Sul) – Passo Real and. Capingüi, to test their fertility through chemical, physical and mineralogical analysis and a comparative growth study with pepper plant. Sediments were subjected to most of studies routinely used for the evaluation of soil fertility: grain size, organic matter, pH, N Kjeldahl, available macronutrients (P,K), available micronutrients (Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo), cation exchange capacity (CEC) and exchangeable cations. To have a more complete knowledge regarding the sediments capacity for nutrients retention, we have also study total elemental geochemistry and clay minerals identification and characterization. In spite of large differences in geomorphic characteristics, climate and basin drainage lithology, our results clearly show that for most variables, the sediments compare well or even exceed the corresponding values for soils in general. However, comparing the two groups of reservoirs, the larger diversity of the Portuguese drainage basins and the weaker intensity of weathering processes, enhance large differences in sedimentary diversity and mineralogical composition. In the overall studied systems, grain-size distribution clearly evidences the important influence of the drainage basin lithology. The sedimentary distribution in the bottom coincides with the major contribution of fine material; most sediments fall in the silty clay and clayey silt textural classes and are mainly deposited in the old watercourse bed along the reservoirs. In Portuguese reservoirs, the mediterranean climate of South Portugal associated with (1) weak intensity of rock weathering, (2) several alteration states of weathering products accumulated in the bottom and (3) geological variation of drainage basins, enhance a more complex clay assemblages. The mineralogical composition of sediments, mainly composed by a large variety of minerals including expanding clay minerals, often randomly interstratified and medium-disordered crystallized, further the use of nutrients by plants, through slow release of components from relatively loose crystal structures. The sediments of this group have a high fertility index as Kjeldahl nitrogen and available forms of phosphorus and potassium have high abundances, and clayey and silty sediments far exceed medium values for mineral sons. Besides, sediments have chemical and mineralogical conditions advantageous to organic matter mineralization and solubility of adsorbed-P/adsorbed-K on clay minerals and organic particles surfaces. In Brazilian reservoirs, the sub-tropical climate of South Brazil together with (1) high intensity of rock weathering, (2) leaching of soluble elements (Ca, Na, K, Mg) and accurnulation of stable elements (Si, Ai, Fe), (3) high transformation processes during cycles of erosion-transport-accumulation in bottom reservoirs, produce a more simple clay assemblages dominated by kaolinite and Fe/Al oxides. In these sediments, due to the mineralogy of weathering products, the crystal structure of its components and the acid environment (pH 4-5), (1) phosphorus is strongly retained, giving low contents of its soluble forms and (2) exchangeable bases are scarce. In all reservoirs, Kjeldahl nitrogen and available potassium have a high level, and in clayey/silty sediments they are usually far higher than average values for mineral sons, showing the suitability of the overall studied dam sediments as potassium and nitrogen fertilizers. Owing to the prevailing redox conditions of bottom reservoirs and pH values, from acid (Brazil) to near neutral (Portugal), metallic micronutrients (Fe, Mn, Cu, Zn) have high solubility, seldom exceeding the concentration considered toxic to the majority of sons. According to textural characteristics of sediments, cationic exchange capacity values (CEC) are from medium. (Brazilian reservoirs) to medium-high (Portuguese reservoirs), in relation to medium intervals fixed for different granulometric groups of sons. The high contents of expanding clay minerals (pH-independent charge) and pH values near neutral, in. Portuguese systems, enhance higher CEC and high levels of exchangeable bases. Unlike, the lower CEC and the high adsorption of hydrogen and aluminium (exchangeable acidity) in Brazilian reservoirs, despite the low pH environment and the nature of major compounds with prevailing surface charge minerals (pH-dependent). Although nutrient levels in Brazilian sediments are not so high as values found in Portugal, they are far higher than soda collected in the drainage area. Besides, the transformation mechanisms inherent to erosion + transport + accumulation in the bottom of reservoirs leads to a significant increase of soluble and exchangeable forms. Our fertility experiments confirm eloquently the above, as Monte Novo sediments far exceed the results from a common soil with respect to pepper plants growth. This study shows that it worth evaluating the economic feasibility of removing reservoir sediments and using them for agriculture) purposes in areas with scarce sons. Sandy sediments could eventually yield better results because they can be used as sons on their own, but the more clayey varieties, due to high nutrient abundances, can be used as fertilizers for poor quality soils. We could also evaluate the possibility of enabling the coarser fractions to travel beyond dams, to permit sediment transport and accumulation in coastal zones. If the sediments remove) becomes economically feasible, it may eventually resolve some classical problems in world dams, such as: (1) the period of life of dam reservoirs filling with sediments (2) the water quality (3) the scarcity of sons in some regions (4) the sediments scarcity in coastal areas.