Estudo das alterações espectrais de três espécies vegetais como indicadoras de vazamentos precoces em dutos de transporte de hidrocarbonetos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Quitério, Giuliana Clarice Mercuri, 1981-
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1613763
Resumo: Orientadores: Carlos Roberto de Souza Filho, Teodoro Isnard Ribeiro de Almeida
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O objetivo geral do estudo foi verificar a possibilidade de detecção de alterações botânicas relacionadas à presença de gasolina (GSL) e diesel (DSL) no solo, através de respostas espectrais de espécies vegetais, no intervalo de 400 a 2500nm do espectro eletromagnético. As espécies abordadas compreendem três grupos distintos, entre os quais uma gramínea (Brachiaria brizantha (BR)), uma leguminosa (Neonotonia wightii (SJ)) e uma espécie de habito arbóreo (Eucalyptus camaldulensis (EUC)). A gramínea e a leguminosa são perenes e têm ampla ocorrência no território nacional. O ensaio foi realizado em casa de vegetação contendo 45 lisímetros, nos quais contaminações controladas e periódicas foram realizadas buscando-se simular, em escala reduzida, o sistema solo-vegetação de locais com vazamentos indetectáveis pelos sistemas usuais de monitoramento. As variáveis analisadas, incluindo altura, massa da matéria seca e fresca da parte aérea e raízes, conteúdo de pigmentos, amido, açúcar total, nutrição mineral da vegetação e fertilidade do solo, foram correlacionadas com as propriedades de refletância das folhas. Os resultados mostraram que as três espécies vegetais apresentaram alterações espectrais e morfo-fisiológicas relacionadas à presença de GSL e DSL no solo, porém, cada qual com volume de HCs e tempo de exposição distintos. A GSL foi o contaminante mais agressivo e as respostas fisiológicas e espectrais nas plantas submetidas a esse hidrocarboneto foram observadas mais precocemente quando comparada àquelas contaminadas por DSL. Entre as culturas estudadas, a SJ mostrou resultados mais significativos e anomalias em sua resposta espectral puderam ser observadas desde a primeira dose de contaminação. Além das alterações espectrais, a forte queda da massa da matéria da parte aérea proporcionou fácil detecção de áreas contaminadas, inclusive por sensores imageadores multiespecrais e, principalmente, hiperespectrais. A BR também apresentou resultados satisfatórios, especialmente com relação às alterações espectrais, que podem ser facilmente detectadas e diferenciadas do background nos lisímetros de controle, sem contaminação. O EUC mostrou ser a espécie mais resistente a contaminação e respostas espectrais evidentes foram observadas somente após a aplicação de quantidades maiores de HCs no solo. As três espécies apresentaram alterações específicas na região do SWIR em resposta à contaminação, correlacionadas com a metabolização de compostos de sacarídeos, podendo-se especificar padrões de estresse correlacionados com a presença dos HCs no solo. Desta forma, a pesquisa contemplou o objetivo de indicar um espécie vegetal mais suscetível à presença de baixas concentrações de HCs no solo e caracterizar espectralmente as alterações decorrente desta contaminação, possibilitando o desenvolvimento de novas técnicas de monitoramento fino da malha dutoviária nacional brasileira, seja através de sensores portáteis, aerotrasnportados ou orbitais.Abstract: This research involves the application of remote sensing (RS) data and techniques to improve the indirect detection of small leakages (i.e. <1% in pressure and flow) through hydrocarbon pipelines. The overall objective of the study was to investigate the possibility to detect botanical and attuned visible and infrared (400-2500 nm) spectral changes induced by plant growth on soils contaminated with gasoline (GSL) and diesel (DSL). The species addressed include three distinct groups: a grass specie (Brachiaria brizantha (BR)), a leguminous specie (Neonotonia wightii (SJ)) and type of forest tree (Eucalyptus camaldulensis (EUC)). Both the grass and leguminous species are perennials and have a wide occurrence in Brazil. The leakage experiments were conducted in a greenhouse containing 45 lysimeters, where controlled contaminations were carried out periodically. The notion was to simulate a a contaminated soilvegetation system at reduced scale mimicking an underground, small and slow leakage, which is undetectable by the usual monitoring systems. The analyzed variables, including height, mass of dry and fresh shoot and roots, pigment content, starch, total sugar, mineral nutrition of the vegetation and soil fertility, were correlated with the reflectance properties of plant leaves. The results indicated that the three plant species showed spectral and morphophysiological changes related to the presence of GSL and DSL in the soil, however, each with a specific volume of HCs and different exposure time. The GSL proved to be a more aggressive contaminant. Physiological and spectral responses of plants grown under this hydrocarbon were observed earlier when compared to those contaminated by DSL. Among the crops studied, SJ showed results that are more significant. Anomalous spectral response could be observed since the first dose of contamination applied to this leguminous specie. In addition to the spectral changes, the sharp decrease of the mass of shoot matter provided easy detection of contaminated areas. The same detection showed plausible on spectra simulated to the bandwidth of multispectral and mostly hyperspectral imaging sensors. BR also showed satisfactory results, particularly with respect to spectral changes, which can be easily traced and differentiated from the background (i.e., measurements taken on lysimeters containing plants without contamination). The EUC was found to be the specie most resistant to contamination and spectral responses were only evident after the application of larger amounts of HCs in the soil. The three species showed specific changes in the SWIR region in response to HC contamination. Such changes are connected with the metabolism of saccharides compounds, which seem to cause specified stress patterns correlated with the presence of HCs in the soil. Thus, through this research it was possible to indicate plant species most susceptible to indirectly respond to the presence of low concentrations of HCs in soil and spectrally characterize the botanical changes resulting from this contamination. This enables the development of a new and detailed surveillance method for monitoring the Brazilian pipeline networks, either through portable, airborne or orbital sensors.DoutoradoGeologia e Recursos NaturaisDoutor em Ciências[s.n.]Souza Filho, Carlos Roberto de, 1965-Almeida, Teodoro Isnard Ribeiro deZullo Junior, JurandirOliveira, Wilson Jose deAlmeida Filho, RaimundoShimabukuro, Yosio EdemirUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de GeociênciasPrograma de Pós-Graduação em GeociênciasUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASQuitério, Giuliana Clarice Mercuri, 1981-2010info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf177 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1613763QUITÉRIO, Giuliana Clarice Mercuri. Estudo das alterações espectrais de três espécies vegetais como indicadoras de vazamentos precoces em dutos de transporte de hidrocarbonetos. 2010. 177 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1613763. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/779903porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T06:04:49Zoai::779903Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T06:04:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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