Complexity of the accumulation of chemical elements by native trees of the Atlantic Forest

Abstract

Plantas acumulam elementos químicos devido aos mais variados fatores como atendimento às necessidades estruturais e fisiológicas e características ambientais. Em estudos de biomonitoração, é comum a seleção de uma espécie para a avaliação da qualidade ambiental. A bioacumulação de vários elementos químicos já foi demonstrada para as espécies arbóreas mais abundantes da Mata Atlântica na parcela permanente do Parque Estadual Carlos Botelho (PECB), uma das áreas mais preservadas da Mata Atlântica. Contudo, dado o elevado nível de alteração ambiental e a alta biodiversidade do bioma, torna-se necessário avaliar os padrões de bioacumulação em outras regiões da Mata Atlântica. Uma das areas mais significativas da Mata Atlântica para o Estado de São Paulo é o Parque Estadual da Serra do Mar (PESM), com exemplos de áreas bem preservadas e outras sob grande pressão antrópica. O núcleo Picinguaba é um dos núcleos mais conservados do parque que alcança a zona costeira. Por outro lado, o núcleo Itutinga-Pilões tem sido constantemente impactado por atividades humanas. Por exemplo, há muitos relatos sobre os efeitos da poluição na vegetação próxima aos centros urbanos e complexos industriais de São Paulo e Cubatão. Assumindo-se a hipótese de que a proximidade das unidades de conservação com o oceano e grandes centros urbanos pode influenciar a absorção de elementos químicos por plantas, este trabalho objetivou estudar a complexidade da acumulação de elementos químicos por espécies arbóreas dos núcleos Picinguaba e Itutinga-Pilões do PESM. Folhas de sete espécies arbóreas Alsophila sternbergii, Bathysa australis, Garcinia gardneriana, Guapira opposita, Euterpe edulis, Hyeronima alchorneoides e Virola bicuhyba - foram coletadas em diferentes épocas, assim como o solo sob a projeção das copas das árvores para estimar o índice de bioacumulação solo-folha (IBASF). A quantificação dos elementos químicos foi realizada por meio da análise por ativação neutrônica instrumental (INAA). A bioacumulação foi avaliada pela composição química elementar de solos, folhas e IBASF para todas as espécies. Os solos do núcleo Itutinga-Pilões apresentaram pontos críticos de As nas proximidades das rodovias, os quais podem ser importantes para a sustentabilidade a longo-prazo do ecossistema. As árvores do núcleo Itutinga-Pilões apresentaram um aporte maior de Fe, Th, Zn, Ce, La, Sm e Sc quando comparadas ao núcleo Picinguaba, que apresentou valores mais elevados de Na devido à influência do oceano. Um forte efeito de sazonalidade foi observado para a composição química elementar de folhas, associado à deposição de particulado atmosférico. Este estudo demonstrou a potencialidade do emprego da composição química elementar de árvores nativas e do solo para a avaliação da qualidade ambiental da Mata Atlântica.Plants accumulate chemical elements due to several factors such as structural and physiological requirements and environmental characteristics. For biomonitoring studies, it is usual to select one species for monitoring the availability of chemical elements. The bioaccumulation of chemical elements has been demonstrated for the most abundant tree species in the Parque Estadual Carlos Botelho (PECB), one of the most preserved areas of the Atlantic Forest. However, due to the high level of environmental alterations and the high biodiversity of this biome, it becomes necessary to assess the bioaccumulation patterns in other regions of the Atlantic forest. A significant area of the Atlantic Forest for the São Paulo State is the Parque Estadual da Serra do Mar (PESM) with well preserved areas as well as regions under heavy anthropogenic pressure. Picinguaba is one of the most conserved PESM bases, reaching the costal zone. On the other hand, the Itutinga-Pilões base has been constantly impacted by human activities. For instance, there are many reports about the pollution effects on vegetation near urban centers and industrial complexes of São Paulo and Cubatão. Assuming the hypothesis that the proximity of the conservation units to the ocean and huge urban and industrial areas can influence the uptake of chemical elements by plants, this study investigated the complexity of the accumulation of chemical elements in tree species of the Picinguaba and Itutinga-Pilões bases of PESM. Leaves of seven tree species Alsophila sternbergii, Bathysa australis, Garcinia gardneriana, Guapira opposita, Euterpe edulis, Hyeronima alchorneoides and Virola bicuhyba - were collected in different periods. Soil under the tree crown projection at the 0-10 cm depth was sampled for estimating the soil-leaf bioaccumulation index (SLBAI). Chemical elements were determined by instrumental neutron activation analysis (INAA). By comparing the soil and leaf mass fractions of chemical elements and SLBAI values, bioaccumulation was assessed for all species from the studied areas. Itutinga-Pilões soil presented As hotspots near roads, which might be important for long-term ecosystem sustainability. Trees from the Itutinga-Pilões base also showed higher uptake of Ce, Fe, La, Sc, Sm and Th compared to the Picinguaba base, which showed high Na values because of the sea influence. A strong effect of seasonality on the leaf chemical element composition was observed, related to the deposition of atmospheric particulate. This study has demonstrated the potentiality of using the chemical composition of native tree and soil for the assessment of environmental quality in the Atlantic Forest