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Árvores na história química do ambiente

Atualizado: Mar 16

Daigard Ricardo Ortega Rodriguez, Engenheiro Florestal formado pela Universidad Nacional Agraria La Molina, Peru (UNALM) e Mestre em Recursos Florestais pela ESALQ/USP

dai.ricardo.or@gmail.com


As árvores como recurso para entender a história química do ambiente


Você sabe como acessar aos registros históricos sobre o que aconteceu no nosso ambiente? Pense comigo... quais são aqueles seres que vivem décadas ou até centenas de anos e que olhamos nas nossas florestas, do lado dos nossos campos de cultivo, ou nas nossas estradas e parques? Sim! As árvores são seres que através da formação anual de camadas celulares são capazes de registrar alterações químicas produzidas por mudanças nos diferentes ambientes aonde elas crescem. Mas como entender essa história química?


Para isso precisamos pontuar alguns conceitos. A dendrocronologia do latim dendro (árvore), crono (tempo) e logia (ciência) estuda a sequência e variabilidade dos anéis de crescimento anuais do lenho das árvores, arbustos e das peças de madeira [1]. Uma das suas subáreas é a dendroquímica, que através do estudo dos anéis de crescimento pode acessar a informações temporais sobre a química ambiental [2]. Quando processos físico-químicos naturais ou antrópicos acontecem no nosso entorno, existe uma liberação de diferentes minerais na atmosfera, agua ou solo e seja por depósito e adesão nas folhas e casca, ou pela captação direta da solução do solo pelas raízes; nutrientes ou elementos deletérios acabam incorporando-se na estrutura do lenho das árvores [Figura 1; 3,4]. Mas como podemos investigar e determinar esses minerais depositados no lenho das árvores?


Figura 1. Dendroquímica e incorporação de minerais no lenho das árvores.


Os primeiros trabalhos que abordaram esta pergunta datam do final da década de 1910 usando o método espectrofotométrico [5]. Décadas subsequentes, diferentes avanços tecnológicos aprimoraram metodologias como a espectroscopia de absorção atômica (AAS) ou espectroscopia de massa de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) que foram usadas como técnicas padrão para estudos dendroquímicos [6]. Apesar de sua alta sensibilidade e baixos limites de detecção, essas técnicas exigem uma etapa de preparação de amostra trabalhosa, destrutiva, demorada e cara [3]. Nesse contexto, métodos menos invasivos e não-destrutivos como a espectrometria de fluorescência de raios X (XRF) têm sido aplicados como alternativa para superar tais desvantagens [3,7].


Os métodos XRF oferecem uma preparação de amostra simples (a digestão da amostra não é necessária e a amostra é preservada); alta resolução espacial (tamanho do ponto do feixe variando de micrômetros a milímetros); avaliação simultânea de todos os elementos com número atômico> 11 (sódio) [3,7]; e a análise não requer gases ou reagentes químicos o que a torna uma análise de baixo custo e ecologicamente correta [8,9]. Por outro lado, a principal desvantagem no XRF diz respeito aos seus altos limites de detecção na faixa de dezenas ou centenas de mg/kg para análise direta [3], em comparação com aqueles exibidos por métodos destrutivos, como espectroscopias de absorção atômica no intervalo de dezenas de µg/kg [10], dependendo do elemento considerado.


Uma das primeiras aplicações do XRF na análise do lenho das árvores foi no começo da década de 1990 [11], chegando ao Brasil no começo deste século [12]. Atualmente esta técnica tem sido empregada em diferentes campos que abordam estudos sobre poluição ambiental [13], processos ecológicos [14], fisiológicos [15], climáticos [16], biodeterioração da madeira [17], qualidade da madeira [18], monitoramento nutricional [19], entre outros. Contudo, técnicas de XRF ainda são pouco exploradas, isso abre um grande potencial para pessoas interessadas em estudar a distribuição de elementos químicos nos tecidos lenhosos visando a compreensão de processos fisiológicos do crescimento e nutrição das árvores e sua relação com alterações ambientais do ar, solo e agua.


Referências:

[1] E.R. Cook, L. Kairiukstis, Methods of dendrochronology — Applications in the environmental sciences, 1990. https://doi.org/10.2307/1551446.

[2] J.C. Balouet, K.T. Smith, D. Vroblesky, G. Oudijk, Use of dendrochronology and dendrochemistry in environmental forensics: Does it meet the Daubert criteria?, Environ. Forensics. 10 (2009) 268–276. https://doi.org/10.1080/15275920903347545.

[3] C. Balouet, M. Chalot, Pollution Investigation by Trees (PIT) methodological guide, Angers, 2015. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2482.3125.

[4] K.T. Smith, W.C. Shortle, Tree biology and dendrochemistry, in: J.S. Dean, D.M. Meko, T.W. Swetnam (Eds.), Tree Rings, Environ. Humanit., 1st ed., Radiocarbon, 1996: pp. 629–635.

[5] USFS, Potash from wood ashes, 1919.

[6] Z. Mester, R. Sturgeon, Sample preparation for trace element analysis, Elsevier, 2003. https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=wSgqQmfg_zQC&oi=fnd&pg=PP1&dq=quantitative+trace+element+analysis+AAS&ots=6OI4lgQ0zZ&sig=2E9uge_GbQnAa66FIJH8R1LxL5o#v=onepage&q=quantitative trace element analysis AAS&f=false (accessed January 19, 2019).

[7] D.R. Ortega Rodriguez, E. de Almeida, M. Tomazello-Filho, H.W. Pereira de Carvalho, Space-resolved determination of the mineral nutrient content in tree-rings by X-ray fluorescence, Sci. Total Environ. 708 (2020) 134537. https://doi.org///doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134537.

[8] K.T. Smith, J.C. Balouet, G. Oudijk, Elemental line scanning of an increment core using EDXRF: From fundamental research to environmental forensics applications, Dendrochronologia. 26 (2008) 157–163. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2008.06.001.

[9] G.G. Arantes De Carvalho, M.B. Bueno Guerra, A. Adame, C.S. Nomura, P.V. Oliveira, H.W. Pereira De Carvalho, D. Santos, L.C. Nunes, F.J. Krug, Recent advances in LIBS and XRF for the analysis of plants, J. Anal. At. Spectrom. 33 (2018) 919–944. https://doi.org/10.1039/c7ja00293a.

[10] P. Bachiega, E. De Almeida, J.M. Salgado, M. Aurelio, Z. Arruda, E.L. Lehmann, M.C. Morzelle, H. Wallace, P. De Carvalho, Benchtop and Handheld Energy-Dispersive X-Ray Fluorescence ( EDXRF ) as Alternative for Selenium Concentration Measurement in Biofortified Broccoli Seedling, (2019).

[11] J. V. Gilfrich, N.L. Gilfrich, E.F. Skelton, J.P. Kirkland, S.B. Qadri, D.J. Nagel, X‐ray fluorescence analysis of tree rings, X‐Ray Spectrom. 20 (1991) 203–208. https://doi.org/10.1002/xrs.1300200410.

[12] H. Oliveira, N. Haselberger, A. Markowicz, A brazilian tree collection analyzed by X-ray fluorescence, Iaea Tec Doc. 1152 (2000) 136–142.

[13] H.C. MacDonald, C.P. Laroque, D.E.B. Fleming, M.R. Gherase, Dendroanalysis of metal pollution from the Sydney Steel Plant in Sydney, Nova Scotia, Dendrochronologia. 29 (2011) 9–15. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2010.08.001.

[14] A. Hevia, R. Sánchez-Salguero, J.J. Camarero, A. Buras, G. Sangüesa-Barreda, J.D. Galván, E. Gutiérrez, Towards a better understanding of long-term wood-chemistry variations in old-growth forests: A case study on ancient Pinus uncinata trees from the Pyrenees, Sci. Total Environ. 625 (2018) 220–232. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.229.

[15] S. Lautner, J. Fromm, Calcium-dependent physiological processes in trees, Plant Biol. 12 (2010) 268–274. https://doi.org/10.1111/j.1438-8677.2009.00281.x.

[16] R. Sánchez-Salguero, J.J. Camarero, A. Hevia, G. Sangüesa-Barreda, J.D. Galván, E. Gutiérrez, Testing annual tree-ring chemistry by X-ray fluorescence for dendroclimatic studies in high-elevation forests from the Spanish Pyrenees, Quat. Int. 514 (2019) 130–140. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2018.09.007.

[17] L. Santini Jr, D.R. Ortega Rodriguez, M.T. Quintilhan, S. Brazolin, M. Tommasiello, Evidence to wood biodeterioration of tropical species revealed by non-destructive techniques, Sci. Total Environ. (2019). https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2019.03.429.

[18] H. Navarro, L.M. Marcó, A.A. Araneda, L. Bennun, Spatial distribution of Si in Pinus Insigne (Pinus radiata) Wood using micro XRF by Synchrotron Radiation, J. Wood Chem. Technol. 0 (2019) 1–12. https://doi.org/10.1080/02773813.2018.1562473.

[19] D.R. Ortega Rodriguez, H.W.P. de Carvalho, M. Tomazello-Filho, Nutrient concentrations of 17- year-old Pinus taeda annual tree-rings analyzed by X-ray fluorescence microanalysis, Dendrochronologia. 52 (2018) 67–79. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2018.09.009.

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