Resistência ao cisalhamento de solos e taludes vegetados com capim vetiver

Taludes vegetados são mais resistentes contra movimentos de massa e erosão pela água. A vegetação contribui para a estabilidade do solo, principalmente pelo aumento da resistência ao cisalhamento por meio do reforço oferecido pelas raízes. As espécies vegetais que mais têm sido eficientes na estabilização de taludes instáveis são as gramíneas, pertencentes à família Poaceae. Um exemplar dessa família, capim vetiver (Chrysopogonzizanioides (L.) Roberty), tem se revelado muito eficaz nessa estabilização. Com o objetivo de avaliar a melhoria dos parâmetros de resistência ao cisalhamento oferecida ao solo pelas raízes do capim vetiver com o tempo de plantio, realizaram-se experimentos de cisalhamento direto por meio de amostras indeformadas de solo sem vegetação e cultivadas com capim vetiver na idade de um, dois, três e quatro anos de plantio. Também foram realizados experimentos de cisalhamento direto em talude do mesmo solo sem vegetação e com cobertura desse capim. Os resultados do ensaio de cisalhamento direto das amostras de talude de solo foram avaliados por três métodos de equilíbrio limite para verificação de um fator de segurança médio nos taludes. A partir dos ensaios de cisalhamento direto, determinaram-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento (intercepto de coesão e ângulo de atrito interno), verificando que o capim vetiver proporcionou incremento de coesão aparente ao solo, sendo esse destacado após três anos de plantio do capim. Esse capim promoveu melhoria nos parâmetros de resistência com consequente elevação do fator de segurança de taludes e aumento da resistência ao cisalhamento de solos, o que auxiliou na estabilização de taludes em planos superficiais de ruptura.

Avaliação do desenvolvimento e a eficiência do capim vetiver (chrysopogon zizanioides) em sistemas híbridos de alagados construídos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tratamento de águas residuárias por alagados construídos de fluxo subsuperficial horizontal, utilizando Vetiver (Chrysopogon zizanoides L.): avaliação e desempenho de três leitos distintos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

REMEDIATION OF TETRACYCLINE FROM WATER SOURCES USING VETIVER GRASS (Chrysopogon zizanioides L. Nash) AND TETRACYCLINE-TOLERANT ROOT-ASSOCIATED BACTERIA

Antibiotics are emerging contaminants worldwide. Due to insufficient policy regulations, public awareness, and the constant exposure of the environment to antibiotic sources has created a major environmental concern. Wastewater treatment plants (WWTP) are not equipped to filter-out these compounds before the discharge of the disinfected effluent into water sources (e.g., lakes and streams) and current available technologies are not equipped to remediate these compounds from environmental sources. Hence, the challenge remains to establish a biological system to remove these antibiotics from wastewater. An invitro hydroponic remediation system was developed using vetiver grass (Chrysopogon zizanioides L. Nash) to remediate tetracycline (TC) from water. Comparative metabolomics studies were conducted to investigate the metabolites/pathways associated with tetracycline metabolism in plants and TC-degrading bacteria. The results show that vetiver plants effectively uptake tetracycline from water sources. Vetiver root-associated bacteria recovered during the hydroponic remediation trial were highly tolerant to TC (as high as 600 ppm) and could use TC as a sole carbon and energy source. Growth conditions (pH, temperature, and oxygen requirement) for TC-tolerant bacteria were optimized for higher TC remediation capability from water sources. The plant (roots and shoots) and bacterial species were further characterized for the metabolites produced during the TC degradation process using GC-MS to identify the possible biochemical mechanism involved. Also, the plant root zone was screened for metabolites/enzymes that were secreted during antibiotic degradation and could potentially enhance the degradation process. The root zone was selected for this analysis because this region of the plant has shown a greater capacity for antibiotic degradation compared to the shoot zone. The role of antioxidant enzymes in TC degradation process revealed glutathione-S-transferase (GSTs) as an important group of enzymes in both plant and bacteria potentially involved in TC degradation process. Metabolomics results also suggest potential GST activity in the TC remediation/ transformation process used by plants. This information could be useful in gaining insights for the application of biological remediation systems for the mitigation of antibiotics from waste-water.

Evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales

En este trabajo se presenta la descripción e investigación en la evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales. Para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico, siendo la vegetación uno de los principales componentes de estos sistemas de tratamientos no convencionales. Muchos \sistemas naturales" están siendo considerados con el propósito del tratamiento del agua residual y control de la contaminación del agua, debido a su alta fiabilidad ambiental y los bajos costos de construcción y mantenimiento, es el caso de los humedales artificiales. El interés en los sistemas naturales está basado en la conservación de los recursos asociados con estos sistemas como opuesto al proceso de tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energía y químicos. Los wetlands o humedales artificiales constituyen una alternativa de tratamiento debido a su alta eficiencia de remoción de contaminantes, a su bajo costo de instalación y mantenimiento y a su alta fiabilidad ambiental, generalmente un humedal artificial esta constituido por un medio de soporte el cual generalmente es arena o grava, vegetación y microorganismos o biopelícula los cuales llevan los diferentes procesos bioquímicos para remover los contaminantes del afluente. El objetivo general de este trabajo ha sido: Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica, sólidos, nitrógeno y fósforo total de dos especies de plantas: vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum), en el diseño de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico. Los humedales artificiales o sistemas pilotos, se encuentran ubicados en la universidad de Medellín y reciben una preparación de agua sintética, que asemeja a las características de un agua residual de origen doméstico. En el presente trabajo se evalúa el porcentaje de remoción de la carga orgánica de aguas residuales, en un sistema de tratamiento por humedales artificiales con dos especies vegetales. El sistema fue diseñado con tres módulos instalados de manera adjunta. En el primero no se integra ninguna especie vegetal, solo el medio de sustrato el cual constituye el blanco (-), en el segundo se integraron organismos de la especie vetiver (Chrysopogon zizanioides), en el tercer sistema piloto, organismos de la especie elefanta (Pennisetum purpureum) y en el cuarto organismos de la especie papiro japones (Cyperus alternifolius), los cuales constituyen el control positivo (+). Los módulos experimentales fueron limpiados, cortados y adecuados acorde al montaje inicial de las plantas y al espacio requerido para su disposición. A cada sistema piloto se le agrega medio de soporte constituido por grava (5 a 10 cm) y arena (15 a 20 cm), el sustrato es evaluado y caracterizado por su diámetro nominal, posterior en cada sistema se siembran las especies en un área de 3x3 y cada humedal por dos semanas se adecua bajo la solución de Hoagland y Arnon y régimen de humedad. En el agua sintética se analizaron los siguientes parámetros: pH, sólidos totales, sólidos suspendido totales, sólidos disueltos totales, demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), nitrógeno total (NTK) y fosforo total (PT). También se realizó la determinación del crecimiento de las plantas a partir del incremento de biomasa, porosidad de la raíz y de igual forma se determina NTK y PT. Los resultados demostraron que el sistema es una opción para la remoción de la carga orgánica y de nutrientes en aguas residuales de origen doméstico, de bajo costo de operación y mantenimiento, especialmente se observa que las plantas que crecen en sistemas de régimen de humedad ácuico y ústico, tienden a tener una mayor recepción y adaptación en los humedales artificiales pilotos, es el caso de la elefanta (Pennisetum purpureum), el cual presenta las más altas tasas de remoción de contaminantes y nutrientes en el afluente, seguido por el papiro japonés (Cyperus alternifolius) y el vetiver (Chrysopogon zizanioides), respecto a tasas de remoción. La remoción de contaminantes que se presentan más altos respectivamente, constituyen sólidos en primera instancia, seguido por la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total (NTK) y fósforo total (PT), estos últimos presentan una baja tasa de remoción, debido a la naturaleza misma del contaminante, a los organismos que realizan la remoción y absorción y al tiempo de retención que se elige, el cual influye en la tasa de remoción del contaminante siendo menor en la concentración de fósforo, pero se encuentranen el rango esperado para estos sistemas de tratamiento no convencionales.

Growth Response of Various Perennial Grasses to Increasing Salinity

Although the effect of salinity on plant growth has been the focus of a substantive research effort, much of this research has failed to adequately separate the various growth limiting aspects of salinity; thus the results are confounded by multiple factors. Eight perennial grass species were grown in a sand culture system dominated by NaCl (electrical conductivities (ECs) between 1.4 and 38 dS m 1), with sufficient Ca added to each treatment to ensure that Na-induced Ca deficiency did not reduce growth. Of the eight perennial grass species examined, Chloris gayana cv. Pioneer (Rhodes grass) was the most salt tolerant species, whilst in comparison, Chrysopogon zizanioides cv. Monto (vetiver) was of only moderate tolerance. However, observed salinity tolerances tended to be lower than those expected from published values based on the threshold salinity model (bent stick model). This discrepancy may be due in part to differences in the evapotranspirational demand between studies; an increase in demand accelerating the accumulation of Na in the shoots and hence decreasing apparent salinity tolerance. It was also observed that the use of a non-saline growth period to allow seed germination and establishment results in the overestimation of vegetative salinity tolerance if not taken into consideration. This is particularly true for species of low salt tolerance due to their comparatively rapid growth in the non-saline medium compared to that at full salinity.

Absorção e distribuição de chumbo em plantas devetiver, jureminha e algaroba

O uso de plantas como agentes remediadores de áreas contaminadas com metais pesados (fitorremediação) é uma técnica emergente, sendo necessários estudos sobre tolerância, absorção e distribuição destes elementos em plantas para se obter sucesso em programas dessa natureza. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a tolerância, absorção e distribuição de Pb em plantas de vetiver [Vetiveria zizanioides (L.) Nash], jureminha [Desmanthus virgatus (L.) Willd] e algaroba [Prosopis juliflora (SW) DC], submetidas a doses crescentes do elemento em solução. As espécies foram cultivadas em estufa telada do DSER/CCA/UFPB, Areia-PB, em solução nutritiva que continha doses crescentes de Pb (0, 50, 100 e 200 mg L-1), por 45 dias. O delineamento empregado foi o inteiramente casualizado, em parcela subdividida, com três repetições. A parcela principal foi representada pelas espécies, enquanto a subparcela foi constituída pelas doses de Pb. Foram constatadas reduções significativas na matéria seca da raiz, parte aérea e planta inteira das três espécies estudadas de acordo com a elevação das doses de Pb. Com base nas doses críticas de toxidez, constatou-se que o vetiver demonstrou maior tolerância à contaminação com Pb que as demais espécies. A raiz apresentou maior sensibilidade à contaminação com Pb nas plantas de vetiver e algaroba, tendo a jureminha apresentado comportamento similar entre os compartimentos da planta. Os teores e conteúdos de Pb nos compartimentos das plantas foram significativamente alterados pela elevação das doses de Pb em solução, tendo sido verificado maior acúmulo deste elemento nas raízes das três espécies estudadas. O vetiver apresentou maiores teores e conteúdos de Pb em todos os compartimentos, evidenciando o seu potencial para programas de fitorremediação de áreas contaminadas com Pb.

CRESCIMENTO E SOBREVIVÊNCIA DE ESPÉCIES ARBÓREAS EM DIFERENTES MODELOS DE PLANTIO NA RECUPERAÇÃO DE ÁREA DEGRADADA POR DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS1

Objetivou-se, neste trabalho, avaliar o desenvolvimento silvicultural e a sobrevivência das espécies em diferentes modelos de plantio de mudas para recuperação da área do lixão de Inconfidentes – Sul de Minas Gerais/Brasil, a qual se encontra com deficiência de vegetação, o que proporciona impactos visual e ambiental, com o intuito de indicar diferentes espécies vegetais que possam ser ideais para serem utilizadas na requalificação dos lixões. O experimento foi instalado no delineamento estatístico inteiramente casualizado com quatro modelos de plantio envolvendo mudas de 11 espécies arbóreas nativas e da gramínea Chrysopogon zizanioides (M1- Leguminosas; M2- Leguminosas + Chrysopogon zizanioides; M3- nativas e M4- Eremanthus erytropappus e Nectandra lanceolata) e três repetições. As parcelas de 3 x 5 m de cada tratamento foram compostas por 15 mudas arbóreas, sendo acrescidas em cada modelo de plantio M2 oito mudas da gramínea Vetiver (C. Zizanioides). Foram avaliados ao longo de 20 meses a altura das plantas, o diâmetro do caule ao nível do solo, a área de copa e a sobrevivência, em intervalos de 30 dias. Os dados do crescimento silvicultural e sobrevivência entre os tratamentos e entre as espécies foram submetidos à análise de variância e as médias, comparadas pelo teste de Scott Knott a 5% de probabilidade. A partir da análise dos resultados da recuperação da área do desativado Lixão de Inconfidentes – Sul de Minas Gerais/Brasil, conclui-se que o modelo de plantio M2 e as espécies Bauhinia forficata, Eritrina falcata, Senna multijuga, Schizolobium parahyba e Schinus terebinthifoliussão as mais indicadas para recuperação da área.

Cloroplast pigments as indicators of lead stress

Plants respond to environmental adversities, becoming an indicator for assessing the environment quality. In this aspect, chlorophyll contents as well, carotenoids are used as a reliable indicator to associate environmental quality and pollution, mainly regarding the toxicity of heavy metals in higher plants. So, we aimed to evaluate the content of chlorophyll a, b, and total chlorophylls and carotenoids in plants vetiver [Vetiveria zizanioides (L.) Nash], maize (Zea mays L.) cv. AG 1051, sunflower (Helianthus annuus L.) cv. BRS 122/V-2000, and castor beans (Ricinus communis L. ) cv . Northeastern BRS grown in contaminated soil with lead, with and without correction of soil pH, so they were used as indicators of metal stress by the soil. From the biochemical point of view, the correction of soil pH values caused chlorophyll a, b and total statistically higher for vetiver species and castor beans in the analyzed periods, except for the analysis performed 60 days after transplanting where only the species vetiver benefited from the correction of soil pH on the content of chlorophyll b and total. On the other hand plants without correction of soil pH showed a decrease of all chlorophyll levels. In addition, the largest increase in the synthesis of carotenoids, indicated that under stress the plants have developed alternative routes of dissipation of energy in order to avoid problems of photo-inhibition and photo-oxidation.

Uptake and fate of hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine by Chrysopogon zizanioides

Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) is a nitramine compound that has been used heavily by the military as an explosive. Manufacturing, use, and disposal of RDX have led to several contamination sites across the United States. RDX is both persistent in the environment and a threat to human health, making its remediation vital. The use of plants to extract RDX from the soil and metabolize it once it is in the plant tissue, is being considered as a possible solution. In the present study, the tropical grass Chrysopogon zizanioides was grown hydroponically in the presence RDX at 3 different concentration levels: 0.3, 1.1, and 2.26 ppm. The uptake of RDX was quantified by high performance liquid chromatography (HPLC) analysis of media samples taken every 6 hr during the first 24 hr and then daily over a 30-day experimental period. A rapid decrease in RDX concentration in the media of both controls and plant treatments was seen within the first 18 hours of the experiment with the greatest loss in RDX over time occurring within the first 6 hours of exposure. The loss was similar in both controls and plant exposures and possibly attributed to rapid uptake by the containers. A plant from one treatment at each of the three concentrations was harvested at Day 10, 20 and 30 throughout the experiment and extracted to determine the localization of RDX within the tissue and potentially identify any metabolites on the basis of differing retention times. Of the treatments containing 0.3, 1.1, and 2.26 ppm RDX, 13.1%, 18.3%, and 24.2% respectively, was quantified in vetiver extracts, with the majority of the RDX being localized to the roots. All plants not yet harvested were harvested on Day 30 of the experiment. A total of three plants exposed to each concentration level as well as the control, were extracted and analyzed with HPLC to determine amount of RDX taken up, localization of RDX within the plant tissue, and potentially identify any metabolites. Phytotoxicity of RDX to vetiver was also monitored. While a loss in biomass was observed in plants exposed to all the different concentrations of RDX, control plants grown in media not exposed to RDX showed the greatest biomass loss of all the treatments. There was also little variation in chlorophyll content between the different concentration treatments with RDX. This preliminary greenhouse study of RDX uptake 10 by Chrysopogon zizanioides will help indicate the potential ability of vetiver to serve as a plant system in the phytoremediation of RDX.

Avaliação de um sistema descentralizado de tratamento de esgotos domésticos em escala real composto por tanque séptico e wetland construída híbrida

A concentração demográfica e de sistemas coletivos de esgotamento sanitário dentro do perímetro urbano da maioria dos municípios brasileiros, dificulta a viabilização do fornecimento de serviços de tratamento de esgotos domésticos à habitações e núcleos habitacionais isolados situados em áreas periurbanas e rurais, intensificando os danos provocados pela poluição de origem antrópica ao meio ambiente e à preservação da saúde pública. Para contribuir no equacionamento deste problema, o presente estudo teve por finalidade avaliar uma wetland construída híbrida em escala real, composta por uma unidade com fluxo contínuo subsuperficial vertical seguida por uma unidade de fluxo contínuo subsuperficial horizontal, cultivadas com capim Vetiver, para o tratamento de efluente proveniente de tanque séptico. A presente configuração experimental busca uma solução de baixo custo e simplificada para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos. A estação experimental de tratamento de esgotos, parte integrante e um dos produtos da Rede Nacional de Tratamento de Esgotos Descentralizados RENTED, foi construída no Centro Tecnológico de Hidráulica CTH / Escola Politécnica EPUSP, campus Butantã da USP, em São Paulo. O esgoto bruto foi proveniente do Conjunto Residencial da USP e do restaurante central da Cidade Universitária. As vazões média e máxima de esgoto bruto, respectivamente, de 640L.d-1 e 1600L.d-1, foram aplicadas à entrada do TS de 5.000L e deste escoaram por gravidade à entrada da wetland construída híbrida, com TDH total de 2,8d e 1,1d, respectivamente, sob aplicação das vazões média e máxima de projeto. O monitoramento do experimento em campo, incluindo o período inicial de partida, durou 6 meses consecutivos. Foram avaliados os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do esgoto bruto e do efluente do tanque séptico e das câmaras da wetland construída híbrida durante 97 dias consecutivos. Os resultados indicaram que tanto as mudas jovens quanto as adultas de capim Vetiver adaptaram-se bem às condições ambientais. As eficiências médias de remoção no efluente tratado final quanto à matéria orgânica carbonácea foram de 96 por cento para DBO5,20 e 90 por cento para DQO, 40 por cento para N-total, 23 por cento para N-amoniacal total, 60 por cento para P-total, 52 por cento para P-PO4, 74 por cento para SST, 96 por cento para SSV, 75 por cento para sólidos sedimentáveis, 44 por cento para SDV, 88 por cento para sulfeto total, e 97 por cento para óleos e graxas totais, variando entre 73 por cento a 100 por cento . Cerca de 80 por cento da fração orgânica da matéria nitrogenada presente no esgoto bruto foi removida. A remoção de coliformes termotolerantes foi, em média, de 2 e 3 unidades log, e de Escherichia Coli, média de 1 e 3 unidades log, respectivamente, sob aplicação das vazões máxima e média, Giardia sp, média de 99,995 por cento , Cryptosporidium sp, média de 98,7 por cento , Enterovírus, média de 99,6 por cento , e Ascaris sp, média de 0,10 ovo/L. A remoção de sulfetos propiciou a geração de efluente tratado sem odores desagradáveis. A diminuição da vazão aplicada e a elevação do TDH influenciaram positivamente no desempenho do sistema com relação às remoções dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos. Com base no presente estudo, ficou evidente o benefício da associação de wetlands construídas com fluxo vertical e horizontal no tratamento de efluente de tanque séptico. O capim Vetiver apresentou bom potencial de utilização em wetlands 8 construídas para tratamento de esgotos domésticos. O sistema experimental de tratamento apresentou flexibilidade operacional, mantendo bom desempenho inclusive nos períodos de sobrecarga. A qualidade do efluente tratado final obtido no presente estudo atende às exigências de lançamento e aos padrões de emissão de efluentes líquidos em corpos dágua e em sistemas públicos de esgotamento sanitário definidos na legislação ambiental federal e do Estado de São Paulo. A tecnologia de wetlands construídas híbridas associada ao tratamento de efluentes de tanque séptico apresentou bom potencial para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos, inclusive em regiões com pouca disponibilidade de área livre.