TELHADOS VERDES EM CLIMA TROPICAL
UMA NOVA TÉCNICA E SEU POTENCIAL DE ATENUAÇÃO TÉRMICA
Bruno Rezende Silva
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Coppe, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do Título de Doutor em Engenharia Civil.
Orientadores: Maria Claudia Barbosa André Mantovani
Rio de Janeiro
Julho 2016
TELHADOS VERDES EM CLIMA TROPICAL
UMA NOVA TÉCNICA E SEU POTENCIAL DE ATENUAÇÃO TÉRMICA
Bruno Rezende Silva
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL, ÁREA DE MEIO AMBIENTE. Examinada por:
______Profa. Maria Claudia Barbosa, D.Sc.
______Prof. Andre Mantovani Oliveira, D.Sc.
______Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.
______Prof. João Marcelo Alvarenga Braga, D.Sc.
______
Profa. Sylvia Meimaridou Rola, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JULHO DE 2016
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Silva, Bruno Rezende
Telhados verdes em clima tropical: uma nova técnica e seu potencial de atenuação térmica/ Bruno Rezende Silva. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2016.
XV, 168 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Maria Claudia Barbosa e André Mantovani Tese (doutorado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, 2016. Referências Bibliográficas: p. 131-147. 1. Telhado verde. 2. Hidropônico. 3. Sem substrato. 4. Tropical. 5.
Epífita. 6. Litófita. I. Barbosa, Maria Claudia et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Título.
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AGRADECIMENTOS
Aos meus orientadores Maria Claudia Barbosa e Andre Mantovani pelo incentivo constante, as inúmeras sugestões metodológicas e a paciente e minuciosa revisão dos manuscritos. À pesquisadora de telhados verdes e demais sistemas de naturação, Sylvia Meimaridou Rola pelas inúmeras e valiosas informações e sugestões fornecidas. À pesquisadora e professora de Fisiologia Vegetal, Dulce Mantuano que, apesar de não ser oficialmente orientadora, em momentos decisivos atuou como tal, revisando minuciosamente manuscritos e contribuindo significativamente com seu conteúdo. Além disso também participou ativamente de diversos experimentos relacionados à fisiologia vegetal desta Tese. Ao Professor Fernando Danziger pelas sugestões metodológicas e por custear, através de fundos de projeto próprio, os materias para a instalação do telhado verde na Favela do Arará. À Maria Claudia Barbosa e Helcio Sousa por custearem, através de fundos de projetos próprios, os equipamentos para avaliação térmica do experimento do Cap. 4. Agradecimentos especiais, neste ponto, ao pesquisador Andre Mantovani, que custeou com fundos pessoais as modificações de última hora que se fizeram necessárias nestes equipamentos. A Helcio Sousa e Gilberto Martins pelas sugestões metodológicas para o experimento de avaliação térmica, seus equipamentos e aferição. A Gilberto Martins por confeccionar e dar apoio técnico aos esquipamentos de avaliação térmica. A Cid Almeida Dieguez por participar ativa e criticamente do tratamento e interpretação dos dados térmicos. A Luiz Cassiano, morador da Favela do Arará, por gentilmente ter permitido a instalação do telhado verde experimental em sua casa e por realizar a manutenção e irrigação do mesmo. À Isis Gomes Dantas de Oliveira pelos desenhos técnicos. À Mayara Ietto pela indispensável ajuda na instalação do telhado verde na favela do Arará e pelos cálculos de área recoberta utilizando o programa ImageJ. Às alunas e ao aluno de iniciação científica do Instituto de Pesquisas Jardim Botanico do Rio de Janeiro Carolina Reis, Juliana Silva e Lawrence Rocha, além da aluna de iniciação científica Ligia Bicalho do Curso de Ciências Biológicas da Universidade
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Federal do Rio de Janeiro, pela ajuda durante as coletas de amostras para avaliação morfo-fisiológica e análise das mesmas. À Ligia Bicalho pela ajuda nos cálculos de área recoberta utilizando o programa ImageJ e nas pesquisas bibliográficas.
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Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)
TELHADOS VERDES EM CLIMA TROPICAL
UMA NOVA TÉCNICA E SEU POTENCIAL DE ATENUAÇÃO TÉRMICA
Bruno Rezende Silva
Julho/2016
Orientadores: Maria Claudia Barbosa André Mantovani
Programa: Engenharia Civil
Telhados verdes conferem diversas vantagens para as edificações e cidades, como a redução de calor interno de moradias, mitigação da poluição do ar e maior conforto visual. Apesar disso, no Brasil ainda são relativamente pouco utilizados devido ao custo elevado em relação às coberturas convencionais, ao aumento da sobrecarga e potenciais problemas de impermeabilização. Uma nova técnica de telhado verde é proposta, a qual não utiliza substrato por se destinar a cultivar prioritariamente espécies litófitas e epífitas, naturalmente adaptadas ao enraizamento superficial sobre rochas e cascas de árvores. Seu funcionamento tem por base a hidroponia com enraizamento superficial em material fibroso sintético. A viabilidade de espécies vegetais e atenuação térmica gerada sob esta nova técnica de telhado verde é testada em escala real, em edificação unifamiliar, por mais de um ano contínuo. Diferentes e significativas capacidades de atenuação térmica foram investigadas numa comparação entre duas espécies vegetais e um controle não vegetado. Paralelamente a nova técnica é também testada em residência de baixa renda em edificação unifamiliar na favela do Arará, Rio de Janeiro. Os resultados indicam que a técnica proposta é viável por apresentar: i) redução de custo financeiro de instalação em menos da metade do sistema convencional de telhados verdes com substrato através de menor complexidade de materiais e instalação; ii) condições de sobrevivência de grande número de espécies (218) porém em ciclos de fotoinibição dinâmica e com elevada suculência; iii) redução de mais de 11oC da temperatura da superfície interna do telhado sob vegetação em comparação ao controle sem vegetação; iv) viabilidade de aplicação e sobrevivência de espécies vegetais em moradias de baixa renda com telhado convencional. Um amplo potencial é indicando para investigação e uso da rica flora litófita e epífita para instalação de telhados verdes tropicais.
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Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)
GREEN ROOFS UNDER TROPICAL CLIMATE
A NEW TECHNIQUE AND ITS POTENTIAL FOR THERMAL ATTENUATION
Bruno Rezende Silva
July/2016
Advisors: Maria Claudia Barbosa
André Mantovani
Department: Civil Engineering
Greenroofs provide several advantages for buildings and cities, such as reducing internal heat of housing, air pollution mitigation and increased visual comfort. Nevertheless, in Brazil are still relatively little used due to the high cost compared to conventional roofing, increased weight overload and potential waterproofing problems. A new green roof technique is proposed, which does not use substrate for it is intended to grow primarily rupicolous and epiphytic species, naturally adapted to rooting superficially on rocks and tree barks. Its operation is based on hydroponics with shallow rooting in synthetic fibrous material. The viability of plant species and thermal attenuation generated under this new green roof technique is tested in full scale in a single family building, for over one continuous year. Different and significant thermal mitigation capabilities were investigated on a comparison between two plant species and a non-vegetated control. In Parallel the new technique is also tested in a low-income single-family residence building at the Arará slum, Rio de Janeiro. Results indicate that the proposed technique is feasible for presenting: i) reduction of financial costs of installation in less than half of the conventional greenroof system with substrate through a lower materials and installation complexity, ii) conditions for survival of many species (218) but in cycles of dynamic photoinhibition and high succulence; iii) reduction of more than 11oC in temperature for the inner surface of the roof under vegetation compared to the control without vegetation; iv) viability of application and survival of plant species in low-income homes with conventional roof. A broad potential is indicated for research and use of the rich rupicolous and epiphytic flora for the installation of tropical green roofs.
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ÍNDICE
Capítulo 1: Introdução...... 1
1.1 Motivação da pesquisa...... 3
1.2 Premissas do estudo...... 3
1.3 Objetivos da Tese...... 4
1.4 Organização da tese...... 4
Capítulo 2: Revisão bibliográfica...... 5
2.1 Definição, tipologia e benefícios dos telhados verdes...... 5
2.1.1 Tipos de telhados verdes...... 5
2.1.2 Benefícios à edificação...... 8
2.1.3 Benefícios aos ecossistemas urbanos...... 9
2.2 Origens e Evolução do telhado verde...... 10
2.3 Telhados verdes: produção científica atual...... 13
2.4 Escolha das plantas: um limite para telhados verdes nos trópicos...... 15
2.5 Biodiversidade vegetal brasileira: fonte para telhados verdes tropicais...... 16
Capítulo 3: Uma nova técnica para instalação de telhados verdes em clima tropical...... 18
3.1 Introdução...... 18
3.2 Metodologia...... 19
3.2.1 Telhado verde tropical experimental...... 19
3.2.1.1 Metodologia de instalação das 3 camadas de suporte e sistema de irrigação...... 20
viii
3.2.1.2 Metodologia de plantio...... 27
3.2.1.3 Avaliação do crescimento vegetal...... 28
3.2.1.4 Avaliação morfo-fisiológica...... 29
3.2.1.5 Comparação de custos...... 30
3.3 Resultados...... 30
3.3.1 Resultados da avaliação do crescimento vegetal...... 51
3.3.2 Resultados da comparação de custos...... 52
3.3.3 Resultados da avaliação morfo-fisiológica...... 53
3.4 Discussão...... 55
3.4.1 Análise financeira...... 56
3.4.2 Biodiversidade no telhado verde experimental...... 57
3.4.3 Crescimento vegetal e morfofisiologia...... 59
3.5 Conclusão...... 61
Capítulo 4: Atenuação térmica em telhado verde hidropônico tropical e influência da espécie vegetal……………………………………………………………...………62
4.1 Introdução...... 62
4.2 Metodologia...... 65
4.2.1 Espécies estudadas...... 65
4.2.2 Avaliação da atenuação térmica...... 66
ix
4.2.2.1 Aferição dos sensores térmicos……………………....………....…………...... 69
4.2.3 Avaliação do estado fisiológico das espécies vegetais crescendo no telhado verde experimental...... 78
4.3 Resultados...... 95
4.3.1 Avaliação da atenuação térmica...... 81
4.3.2 Avaliação do estado fisiológico das espécies vegetais crescendo no telhado verde experimental ……………………………………………...…………………...……….92
4.4 Discussão...... 105
4.5 Conclusão...... 111
Capítulo 5: Testes preliminares em uma residência na Favela do Arará...... 112
5.1 Introdução ...... 112
5.2 Metodologia...... 114
5.2.1 Espécies estudadas...... 115
5.2.2 Avaliação da atenuação térmica...... 115
5.2.3 Ciclo diário morfofisiológico...... 115
5.2.4 Estatística...... 116
5.3 Resultados...... 117
5.3.1 Avaliação da atenuação térmica...... 118
5.3.2 Ciclo diário morfofisiológico...... 120
5.4 Discussão...... 123
5.4.1 Biodiversidade………………………………………………………....……………...124
x
5.4.2 Morfofisiologia……………………………………………...…………………..124
5.5 Conclusão...... 126
Capítulo 6: Conclusões e sugestões para futuras pesquisas………...……………..128
6.1 Conclusões gerais...... 128
6.2 Sugestões para futuras pesquisas ...... 129
Referências bibliográficas...... 131
Anexo 1: Dados climatológicos para São Gonçalo de 2012 a 2016………...……...148
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Fotografias no espectro infravermelho feitas pelo satélite ASTER das regiões metropolitanas de São Paulo e Rio de Janeiro...... 2
Figura 2.1 - Fábrica da Ford em Michigan, atualmente o maior telhado verde do planeta...... 6
Figura 2.2 - O sistema de telhado verde do tipo “MEG”...... 12
Figura 2.3 - Comparação quantitativa entre estudos realizados em sob clima temperado ou tropical e entre estudos realizados no Brasil ou no exterior...... 15
Figura 3.1 - Planta de cobertura mostrando o caimento em 2 águas e área fechada pontilhada...... 21
Figura 3.2 - Proposta de uma nova técnica de telhado verde em clima tropical. Sistema em corte transversal...... 23
Figura 3.3 - Calha com fixação na borda das 3 camadas...... 25
Figura 3.4 - Posições de irrigação por aspersão e raios de ação...... 26
Figura 3.5 - Sequência mostrando o plantio diretamente sobre o geotextil...... 27
Figura 3.6 - Comunidade vegetal estabelecida...... 30
Figura 3.7 - Evolução do recobrimento vegetal sobre nova técnica de telhado verde....31
Figura 3.8 - Recobrimento de superfície exibido por nove diferentes espécies vegetais ao longo de 10 semanas crescendo sobre telhado verde...... 52
Figura 3.9 - Suculência para 140 espécies de plantas vasculares crescendo por 3 anos em telhado verde...... 54
Figura 3.10 - Rendimento fotoquímico (Fm/Fm') medido pela manhã e à tarde...... 55
xii
Figura 4.1 - A. Planta de cobertura da edificação mostrando o posicionamento das manchas a serem termicamente avaliadas com o posicionamento dos termopares; B. Foto das três áreas de medidas térmicas...... 67
Figura 4.2 - Bloco de alumínio utilizado para aferição dos sensores térmicos...... 70
Figura 4.3 - Exemplos de gráficos de correlação térmica...... 81
Figura 4.4 - Gráficos de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de verão. A. Temperaturas superficiais externas; B. Temperaturas superficiais internas; C. Temperaturas do ar interno e externo...... 83
Figura 4.5 - Gráficos de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de verão. A. Temperaturas da superfície externa e interna de Callisia fragrans. B. Temperaturas da superfície externa e interna de Neoregelia compacta. C. Temperaturas da superfície externa e interna do controle...... 84
Figura 4.6 - Gráficos de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de verão. Temperaturas das superfícies internas de Callisia fragrans; Neoregelia compacta e do ar interno...... 85
Figura 4.7 - Gráficos de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de inverno. A. Temperaturas superficiais externas; B. Temperaturas superficiais internas; C. Temperaturas do ar interno e externo...... 87
Figura 4.8 - Gráficos de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de inverno. A. Temperaturas da superfície externa e interna de Callisia fragrans. B. Temperaturas da superfície externa e interna de Neoregelia compacta. C. Temperaturas da superfície externa e interna do controle...... 88
Figura 4.9 - Gráfico de temperatura do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de inverno. Temperaturas das superfícies internas de Callisia fragrans; Neoregelia compacta e do ar interno...... 89
Figura 4.10 - Gráficos de fluxo de calor (W / m2) do telhado verde experimental durante 4 dias típicos de verão……...... …………………...... …………..………….91
xiii
Figura 4.11 - Diferenças de temperatura entre a superfície foliar e o ar ambiente para espécies vegetais crescendo em telhado verde………………...... ………...………….93
Figura 4.12 - Conteúdo de clorofilas e carotenóides totais de plantas cultivadas em telhado verde………...... ……………………………………………………...…..95
Figura 4.13 - Curva diária dos fatores abióticos………………...... ……...... ……..….96
Figura 4.14 - Curva diária da eficiência quântica máxima (Fv/Fm) de plantas cultivadas em telhado verde……………..……………………………………....……………..…..98
Figura 4.15 - Curva diária da eficiência quântica efetiva (Fm/Fm´) de plantas cultivadas em telhado verde………………………...... ………………....99
Figura 4.16 - Curva diária da extinção não fotoquímica (NPQ) da fluorescência da clorofila de plantas cultivadas em telhado verde……………………………...... …100
Figura 4.17 -Curva diária da transpiração estomática de plantas cultivadas em telhado verde...... 103
Figura 4.18 - Curva diária da assimilação fotossintética de plantas cultivadas em telhado verde………...………………………………………………………………………...104
Figura 5.1 - Telhado verde da favela do Arará totalmente recoberto por vegetação em setembro de 2015………...…………………………….……………………………...118
Figura 5.2 - Gráficos de temperatura das superfícies inferiores do telhado verde da Favela do Arará e telhado vizinho……………...... …………………………..120
Figura 5.3 - Eficiência quântica efetiva (Fm/Fm´) medida pela manhã (barras cheias) e à tarde (barras vazias)……………………...... ………………………………...... 121
Figura 5.4 - Suculência para espécies de plantas vasculares crescendo em telhado verde de 3 camadas…...... ……………………………………………………………..122
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LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classificação de telhados verdes segundo diferentes fontes...... 7
Tabela 3.1 - Listagem das espécies testadas no experimento e suas características...... 34
Tabela 3.2 - Comparação de custos da literatura com os levantados para instalação completa de um telhado verde em três camadas sobre telhado de 250m2...... 53
Tabela 4.1 - Metragens das fiações blindadas utilizadas……...... ………………...... 70
Tabela 4.2 - Estudos térmicos em telhado verde...... 72
Tabela 5.1 - Parâmetros de regressão linear (dados logaritmizados) para as curvas de incremento de temperatura de telhados de favela com naturação e sem naturação (controle)...... 117
Tabela 5.2 – Espécies cultivadas com sucesso no telhado verde da Favela do Arará..119
xv
Capítulo 1: Introdução
O crescimento urbano no Brasil intensificou-se nas últimas décadas, com 84,4% da população vivendo em cidades (IBGE, 2010). Com o aumento intenso destas cidades, verificou-se um grande acréscimo na população urbana em relação à rural, a qual decresceu levemente. Destaca-se neste processo a região Sudeste, onde o grau de urbanização já atinge aproximadamente 94 %. De especial importância destacam-se as três maiores cidades presentes na região: São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, contendo aproximadamente doze, sete e três milhões de habitantes, respectivamente (IBGE, 2010).
O processo de urbanização resulta na supressão de vegetação, seja esta nativa (primária), em regeneração (secundária) ou na forma de plantações. Mundialmente, a supressão de vegetação em biomas de floresta tropical representa 43% de todo desflorestamento (Myers, 1993). No Sudeste brasileiro, os cerca de 8 % restantes da Floresta Atlântica encontram-se altamente fragmentados (Galindo-Leal & Câmara, 2003; Cruz et al., 2007; Lagos & Muller, 2009), acarretando uma acelerada erosão de sua biodiversidade (Tabarelli et al., 1999). Além disso, a destruição deste riquíssimo bioma está longe de ser um fenômeno restrito ao passado histórico, ocorrendo contemporaneamente, ainda que em menor escala (Neves, 2006).
Somado aos efeitos do desflorestamento, o aumento das superfícies construídas como edificações e vias, as quais esquentam sob sol e irradiam calor (Voogt & Oke,
1997), aliados às concentrações locais crescentes de gases estufa, como o CO2 (De Mattos, 2001) e o metano (Ribeiro, 2010), tem agravado o fenômeno conhecido por “Ilha de Calor Urbana” (ICU) (Menon et al., 2008). Vale salientar que a ICU se torna um problema mais sério em climas tropicais (Wong & Yu, 2005) devido à radiação solar mais intensa, levando a efeitos adversos à qualidade de vida de seus habitantes (Santt`ana Neto, 2011). De fato, a ICUs nas 3 megacidades do sudeste brasileiro já foram identificadas e quantificadas (Sant’anna Neto, 2011; Teza & Baptista, 2005; Ribeiro, 2010; Fuckner et al., 2009) (fig. 1.1, A e B), constituindo formação clássica, ou seja, periferias mais frias do que o centro (fig. 1.1, C), com valores de temperatura que ultrapassam os 40°C.
1
A B
C
Figura 1.1 - Fotografias no espectro infravermelho feitas pelo satélite ASTER das regiões metropolitanas de São Paulo e Rio de Janeiro, com as temperaturas mais altas coincidindo com as áreas mais densamente construídas e as mais baixas com as mais vegetadas. C. perfis A-B referem-se aos gráficos temp. x pixels; fonte: (Teza & Baptista, 2005).
Tais questões se agravam com o crescimento desordenado de favelas nas periferias ou áreas centrais de grandes cidades, frequentemente ocupando encostas inclinadas ou margens de rios, contribuindo assim para enchentes e desmatamento até em áreas de Unidades de Conservação (Fernandes, 1999).
Áreas verdes urbanas e redução de temperaturas locais estão intimamente relacionados (Susca et. al, 2011), o que poderia estimular o reflorestamento em cidades. Entretanto, zonas densamente urbanizadas e já pobres em vegetação possuem pouquíssimos espaços residuais horizontais que ainda poderiam ser plantados. Cria-se
2 assim uma crescente atenção quanto à possibilidade de cultivo vegetal sobre telhados, os quais constituem em geral 20-25% da superfície das cidades (Akbari et. al, 2003).
Atualmente telhados verdes, Ecotelhados ou “Greenroofs” fazem parte de um amplo campo multidisciplinar denominado Naturação (Rola, 2008; Rola & Ugalde, 2008). Envolvendo biologia, engenharia civil e arquitetura, este campo do conhecimento busca viabilizar e instalar diversos tipos de vegetação sobre superfícies horizontais ou verticais de edificações.
1.1 Motivação da pesquisa
A naturação de telhados tem efeitos positivos na qualidade das edificações urbanas (reduzindo calor interno, por exemplo), com consequências benéficas também nas áreas social, ambiental e ecológica. Entretanto seu uso nos trópicos é bastante limitado (Köhler et al., 2002; Tan & Sia, 2009), mesmo com elevados índices de biodiversidade (Martinelli, 2007) capazes de subsidiar sua construção. Tal fato é especialmente relevante no Brasil, onde estudos científicos experimentais com telhados verdes são raros (Köhler et al., 2002).
1.2 Premissas do estudo
Edificações convencionais urbanas sofrem com aquecimento interno;
Telhados verdes são capazes de mitigar o aquecimento interno em edificações;
Telhados verdes têm viabilidade limitada pelos custos de instalação, devido à complexidade da técnica “MEG”;
A viabilidade de telhados verdes nos trópicos foi relativamente pouco investigada, principalmente no que tange a mitigação do calor interno de edificações;
3
A viabilidade dos telhados verdes depende da escolha das espécies vegetais a serem utilizadas, já que sua sobrevivência nos mesmos é limitada pela condição de estresse fisiológico;
A flora epífita, litófita e psamófila tropical, por ser adaptada a condições extremas, possui grande potencial para aplicação em telhados verdes sob este clima;
O Brasil, em especial, detém rica fonte de biodiversidade vegetal para utilização em telhados verdes.
1.3 Objetivos da Tese
Propor uma nova técnica de construção de telhado verde, comparativamente mais simples e de custo mais baixo que o sistema mais utilizado: “MEG”;
Testar em escala real e sob condições tropicais, a capacidade de sobrevivência de diferentes espécies vegetais em telhado verde;
Testar em escala real e sob condições tropicais, a aplicação da nova técnica em edificação unifamiliar de baixa renda (comunidade em favela).
1.4 Organização da tese
Optou-se por construir o texto de forma a facilitar prioritariamente a confecção de manuscritos, visando publicação de artigos. No capítulo 2 descreve-se o processo histórico ligado à naturação de telhados e sua situação atual no mundo; faz-se uma análise comparativa da produção científica internacional e brasileira na área e finaliza- se com dados sobre biodiversidade vegetal tropical naturalmente adaptada a condições extremas, como as que prevalecem em telhados verdes; busca-se assim subsidiar a proposta desta Tese.
4
Posteriormente, os capítulos 3, 4 e 5 se relacionam, respectivamente, com a proposta de uma nova técnica de telhado verde, sua atenuação térmica e aplicação em comunidade de baixa renda; com isso há uma breve sobreposição de informações nas introduções e discussões destes capítulos. Por fim, o Capítulo 6 conclui a Tese com seus resultados analisados conjuntamente, oferecendo-se sugestões para futuras pesquisas relacionadas à técnica.
Capítulo 2: Revisão bibliográfica
2.1 Definição, tipologia e benefícios dos telhados verdes
Telhados verdes são “...qualquer espaço plantado aberto, objetivando o prazer humano ou benefícios ambientais que é separado da terra por uma edificação ou outra estrutura” (Osmundson, 1999). São crescentemente utilizados no mundo e sob diferentes climas como forma de mitigar problemas decorrentes da urbanização desenfreada (e.g., aquecimento de moradias). Como variam em propósito, acessibilidade e vegetação utilizada, estes telhados oferecem inúmeros outros benefícios como partes integrantes dos ecossistemas das cidades, refletindo-se nas esferas social, ambiental e ecológica (Peck & Wieditz, 2003; Oberndorfer et al., 2007; Tan & Sia, 2009).
2.1.1 Tipos de telhados verdes
Os telhados verdes podem ser agrupados em duas categorias principais: extensivos e intensivos (tabela 2.1). Telhados verdes extensivos não são projetados para serem acessíveis ao público, possuem peso (50-150 kg/m2), custos e necessidade de manutenção relativamente reduzidos. Possuem substrato inorgânico pouco espesso (2 a 15cm), não contam com irrigação e necessitam de manutenção limitada aos sistemas de drenagem. São aplicados ao cultivo de plantas herbáceas que em geral apresentam baixa manutenção por serem auto-regenerativas (Zinco, 1997). Muitos são de grandes dimensões, incluindo o maior telhado verde já construído que cobre 42.900 m2 de uma fábrica automotiva em Michigan, Estado Unidos (fig. 2.1).
5
Figura 2.1 - Fábrica da Ford em Michigan, atualmente o maior telhado verde do planeta; foto de Brad Rowe em Rowe (2011).
Por sua vez, telhados verdes intensivos, também chamados de jardins de cobertura (Rola et al., 2003) são planejados para serem acessíveis às pessoas, podendo até incluir assentos e áreas pavimentadas. Consequentemente possuem peso elevado (150 kg/m2 ou mais), custos e necessidade de manutenção muito maiores. Constituído por um substrato mais espesso (até 1m de espessura) com elevado conteúdo orgânico (Zinco, 1997), sua vegetação é geralmente diversificada, incluindo arbustos e até árvores (Hien et al., 2007).
Recentemente tem sido também usada a classificação semi-intensivo (Rola et al., 2003) para os telhados verdes que agregam a simplicidade e custos reduzidos dos extensivos com a acessibilidade e vegetação mais proeminente dos intensivos. A tabela 2.1 resume tais diferenças:
6
Tabela 2.1 - Classificação de Telhados verdes segundo diferentes fontes: * IGRA (Internacional Green Roof Association, tradução de Catuzzo, 2013); ** Rola et al. 2003, *** Johnston & Newton, 2004.
Extensiva Semi-Intensiva Intensiva
Manutenção Baixa*(ou nenhuma**) Média*, ** Alta*, **
Irrigação Não precisa* Periodicamente* Regularmente *
Tipos de Plantas Musgo, herbáceas e Gramíneas-herbáceas e Gramado permanente, gramíneas*, ** arbustos*, ** Árvores e arbustos*, **
Espessura vegetal Entre 50 e 150mm** Entre 50 a 1000mm** Acima de 2500mm**
Altura do sistema 60 – 200 mm* 120 – 250 mm* 150 – 400 mm* construtivo
Peso 60 – 150 kg/m² 120 – 200 kg/m² * 180 – 500 kg/m² *
(até 100 kg/m2**) (de 100-700 kg/m² **) (acima de 700 kg/m²**)
Custos Baixo * Médio * Alto *
Uso Proteção Ecológica * Telhado Verde com Jardim tipo parque * design *
Caracteristicas baixo peso, não usa maior peso, usa sistemas de gerais*** sistemas de irrigação e drenagem; alto irrigação/drenagem; custo; sistemas mais complexos e requer baixo custo relativo, conhecimento técnico; sistemas menos complexos, requer escolha diversificada de menor conhecimento plantas técnico; escolha limitada de plantas mas com desenvolvimento espontâneo
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2.1.2 Benefícios à edificação
Diretamente para edificações e moradias, os telhados verdes estão relacionados a diferentes benefícios envolvendo conforto e manutenção:
Redução da temperatura da superfície externa (Köhler et al., 2002; Kumar & Kaushik, 2005) e interna (Vecchia, 2005) do telhado; Redução do fluxo de calor exterior-interior (Liu & Minor, 2005), mesmo em localidades frias, contribuindo para uma significativa economia de energia com a manutenção de climas interiores (Santamouris et al., 2007; Sailor, 2008; Getter et al., 2009; Barrio, 1998; Oberndorfer et al., 2007; Wong et al., 2003a); Maior longevidade para membranas impermeabilizantes de telhados (Kosareo & Ries, 2007; Getter et al., 2009; Porsche & Köhler, 2003) que, associada a outros fatores como economia de energia e menor necessidade de manutenção em relação a telhados convencionais, levam a um melhor retorno para investimentos (Clark et al., 2008; Getter et al., 2009; Wong et al., 2003 b); Cultivo de alimentos (Brown & Jameton, 2000; Nowak, 2004; Rosseti et al., 2013); Melhor isolamento sonoro (Dunnett & Kingsbury, 2004);
Maior conforto visual (Getter & Rowe, 2006; Oberndorfer et al., 2007; Getter et al., 2009)
Melhoria da qualidade da água de chuva residual (segundo parâmetros de concentração de ions na água via Resolução CONAMA 357 de 2002) captada de telhados (Rola, 2008) possibilitando assim sua utilização doméstica e mitigando os impactos da escassez deste recurso em áreas urbanas;
Maior resistência a incêndios (Köhler, 2003), especialmente importante no estado do Rio de Janeiro devido à grande incidência de balões durante a estação seca, causando incêndios florestais e urbanos (O GLOBO 21/7/2015).
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2.1.3 Benefícios aos ecossistemas urbanos
Além das vantagens acima, numerosas outras são oferecidas pelos telhados verdes como partes integrantes do ecossistema das cidades, refletindo- se nas esferas social, ambiental e ecológica (Peck & Wieditz, 2003; Oberndorfer et al., 2007; Tan and Sia, 2009):
Redução da quantidade de água de “runoff” gerada em relação aos telhados convencionais (Carter & Jackson, 2007; Getter et al., 2007; Hilten et al., 2008; Jarrett & Berghage, 2008; Getter et al., 2009), especialmente durante situações de pico de chuva (Carter & Jackson, 2007; Frazer, 2005; Getter et al., 2007 e 2009; Hilten et al., 2008; Jarrett & Berghage, 2008), facilitando o manejo de
águas pluviais e diminuindo a intensidade de enchentes (Liu & Baskaran, 2003; Oberndorfer et al., 2007); Mitigação do efeito de ilha de calor urbana (Getter & Rowe 2006; Takebayashi & Moriyama, 2007; Getter et al., 2009) através da instalação de telhados verdes em larga escala (Carter & Fowler, 2008), visando a redução do aquecimento local (Köhler et al., 2002; Kumar & Kaushik, 2005); Redução da poluição sonora (Van Renterghem & Botteldooren, 2008; Yang et al., 2008, 2012; Getter et al., 2009); Redução da poluição do ar (Van Renterghem & Botteldooren, 2008; Yang et al., 2008; Getter et al., 2009; Rowe, 2011) através tanto da absorção de poluentes
gasosos (e.g., NO2, O3 e SO2 por estômatos com reação no interior das folhas (Baldocchi et al., 1987; Currie & Bass, 2008)) quanto pela adsorção de partículas em suspensão pelas superfícies vegetais (Bidwell & Frazer, 1972; Currie & Bass, 2008), refletindo-se secundariamente em outras vantagens de ordem financeira como reduções em gastos com saúde pública (Currie & Bass, 2008).
Sequestro de CO2 (Getter et al., 2009), cuja concentração em ambientes urbanos pode girar em torno de 600ppm (Idso et al., 1998), quando o normal na atmosfera atual é de 380ppm; Recriar habitat naturais (Brenneisen, 2006; Durhman et al., 2006; Getter et al., 2009) onde o mesmo foi parcial ou completamente perdido (Getter & Rowe,
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2006) resultando numa ferramenta para conservação da biodiversidade (Baumann, 2006; Brenneisen, 2006; Getter et al., 2009 Kadas, 2006); Melhorar sensação térmica, pois Bruse & Fleer (1998) afirmam que até pequenas adições de vegetação no ambiente urbano alteram significativa e positivamente as condições microclimáticas, além dos índices médios esperados para áreas desprovidas de vegetação. Adicionalmente, a presença da vegetação no meio urbano diminui os índices de violência (Sullivan & Kuo, 1996; Duarte, 2009) e aumenta os níveis de bem estar psicológico (Westphal, 2003; Francis & William, 2009), inclusive diminuindo o tempo de recuperação de cirurgias (Ulrich, 1984). Abre inúmeras oportunidades de experiências positivas com mundo natural que poderão contribuir para uma sociedade mais conectada à natureza e à necessidade de sua preservação (Miller, 2005).
2.2 Origens e evolução do telhado verde
Os telhados verdes têm suas raízes profundamente associadas à história da civilização humana, tendo sido utilizados por diversas sociedades e em diversas épocas, desde Jardins Suspensos da Babilônia (Oberndorfer, 2007), passando por uma grande difusão durante a idade média na Europa setentrional, ocupando hoje desde edificações unifamiliares até projetos de arquitetura contemporânea (Velazquez, 2005) em que figuram como elemento estético principal.
Durante centenas de anos os telhados verdes foram utilizados em regiões de clima frio do hemisfério norte com a função de isolamento térmico, ajudando a manter o calor no interior das residências. Os primeiros registros datam de cerca do ano 1000 D.C., como os telhados verdes utilizados pelos Vikings (Magill et al., 2011) que chegaram a fundar colônias na America do Norte, como em Newfoundland, Canadá. Tais tradições do mundo nórdico são mantidas até os dias atuais, tais como nas ilhas Faroe, a oeste da Noruega.
Um exemplo muito interessante da idade média é a Torre Escocesa Smailholm, construída na primeira metade do século XV, com seus 4 andares de altura. Em 1960 sua cobertura foi substituída por um telhado de pedrisco (Sekulić, et al., 2014). Em
10
2006, as muitas rachaduras deste telhado haviam gerado goteiras que ameaçavam a integridade da torre. Foi então instalado um telhado verde de Sedum modificado para maior tolerância à seca e para encorajar o crescimento de vegetação mais alta, aumentando a capacidade de absorção de água pelo telhado.
Já na era moderna, destaca-se o papel da Alemanha no desenvolvimento de telhados verdes em larga escala, em dois períodos distintos. O primeiro período vai de 1880 a 1930 com os “TPGs” (“Tar Paper Greenroofs”), tipo de telhado impermeabilizado com alcatrão. Foram inicialmente instalados em conjuntos residenciais para operários devido à necessidade de economia de combustível para aquecimento e reaproveitamento da água de chuva. Vale salientar que estes telhados, mesmo após mais de 1 século, ainda mantêm a sua impermeabilidade, vegetação e demais funcionalidades sem que tenham sofrido qualquer reforma substancial (Köhler & Poll, 2010).
O segundo período de grande expansão dos telhados verdes na Alemanha iniciou-se na década de 1980, com o desenvolvimento dos “MEGs” (“Modern Extensive Greenroofs”) (Köhler & Poll, 2010). Esta se tornou a tecnologia mais usada mundialmente em termos de metros quadrados instalados (Köhler & Clements, 2013). Devido à sua relevância histórica e funcional, e por ser usado como base da técnica aqui proposta, o sistema MEG será explicado em detalhe abaixo.
O sistema “MEG” constitui-se de 5 a 6 camadas (dependendo da junção entre as mesmas) entre o telhado estrutural e a vegetação (Thuring & Dunnett, 2014; Sutton, 2015). Partindo do telhado estrutural, estas camadas são (fig. 2.2): membrana de impermeabilização (camada basal que garante a estanqueidade do sistema como um todo, impedindo que qualquer umidade penetre na edificação); barreira anti-raízes (limita a penetração de raízes até sua superfície superior); retentor de umidade e/ou drenagem (podem estar agrupados numa só camada) que, ao mesmo tempo que retira o excesso de água, armazena a mesma em vazios na sua porção inferior; filtro (impede que os componentes do substrato sejam carreados para o sistema de drenagem, deixando passar somente a água e substrato); sistema de drenagem que pode ter diferentes composições, otimizando as funções de estoque de umidade, difusão de oxigênio para raízes (Emilsson, 2008) e manutenção da estabilidade temporal; substrato, com variadas composições e proporções de material orgânico e mineral e que constitui o meio de
11 enraizamento. O sistema “MEG” é, portanto, complexo (Rowe, 2015), principalmente quanto à acessibilidade a uma determinada camada. Problemas se manifestam, principalmente, em telhados planos caso a camada impermeabilizante vaze e/ou a drenante colmate, surgindo então a necessidade de remoção e/ou corte das camadas superiores (Wanous, 2012) para se atingir a camada que se quer consertar.
Figura 2.2 - O sistema de telhado verde do tipo “MEG” (“Modern Extensive Greenroof”) em corte transversal mostrando as suas 6 camadas entre o telhado estrutural e a vegetação. Fonte: Lazzarin et al., (2005).
Na Alemanha, líder mundial em telhados verdes (Zhang et al., 2012), atualmente são instalados cerca de 8 milhões de m2 anualmente, já atingindo 15% dos telhados planos. Destacam-se as cidades de Berlim e Stutgart, enquanto quase 1/3 de todas as demais cidades possuem incentivos aos telhados verdes (VanWoert et al., 2005).
Internacionalmente existem diversas associações, destacando-se: http://www.greenroofs.com/ com um banco de dados contendo 1.518 projetos de paredes e telhados verdes e a International Green Roof Association http://www.igra- world.com/ que faz um trabalho de “networking”.
Os telhados verdes estão presentes em muitos prédios públicos e privados das principais cidades do mundo, tais como a prefeitura de Chicago e de São Paulo. Um recente exemplo é o Museu da Academia de Ciências da California, que recebeu em 2011 o conceito “LEED platinum” duplo, o mais alto grau de certificação concedido pelo “U.S. Green Building Council” para um prédio ecológico. Uma das características que levaram a esta certificação foi o fato da vegetação se constituir apenas por espécies nativas que se reproduzem naturalmente e toleram as condições extremas do telhado, inclusive o spray salgado do Oceano (Nelson, 2010).
12
O uso de telhados verdes no Brasil, entretanto, não tem seguido o mesmo ritmo internacional, apesar do imenso potencial para mitigação de problemas urbanos em clima tropical úmido (Köhler et al., 2002). Esta relativa escassez pode ter sido causada, em parte, pela histórica falta de interesse e incentivos, uma tendência em processo de reversão.
Adicionalmente, o conhecimento científico sobre telhados verdes é deficiente para o clima tropical e flora local, com poucos trabalhos publicados (Parizotto & Lamberts, 2011 ; Laar & Grimme, 2006) em comparação com os climas temperados. Outras razões são as condições estressantes vigentes em telhados verdes instalados em climas tropicais úmidos (Tan & Sia, 2005). Mesmo em telhados verdes intensivos com irrigação e manutenção regulares, somente espécies de plantas adaptadas a condições extremas terão sucesso. Soma-se a isso o fato de que, no Brasil, tradicionalmente, existe resistência à tendência para a naturação urbana, provavelmente pelo fato de que a presença de vegetais crescendo diretamente sobre edificações é vista como um fator promotor de deterioração estrutural. Tal degradação foi científicamente quantificada e se dá principalmente pela penetração do sistema radicular nos materiais construtivos e a subsequente infiltração de água das chuvas (Garcia-Rowe & Saiz-Jimenez, 1991). Entretanto, quando executados com base em projetos que incluem drenagem, impermeabilização e barreira anti-raízes, este efeito negativo dos telhados verdes pode ser totalmente evitado (Spala et. al., 2008).
2.3 Telhados verdes: produção científica atual
Desde a criação do “MEG” na década de 1980 até hoje diversos trabalhos científicos foram produzidos no mundo acerca dos papéis funcionais dos telhados verdes, sendo os mais recentes Kuoppamäki et al., (2016); Ondoño et al., (2016) e Rayner et al., (2016) incluindo Dissertações, Teses, Livros, resumos de congressos e publicações em periódicos. Embora não exaustiva, a busca por essas referências revelou 118 fontes que foram usadas nesta Tese. A maioria destas publicações apresentam caráter multidisciplinar, já que lidam com as muitas facetas dos conhecimentos envolvidos nos estudos de telhados verdes, tais como horticultura, escolhas e testes de espécies vegetais, a física térmica dos fluxos de calor através das coberturas vegetadas e
13 toda a Engenharia envolvida na construção, impermeabilização, drenagem e irrigação destes sistemas. Sendo assim, não é de surpreender que as publicações significativas ocorram em periódicos de vertente multidisciplinar e com fator de impacto (e.g., “Ecological Engineering” e “Building & Environment”, respectivamente com Fatores de Impacto acumulado por 5 anos de 3,23 e 3,59. Fontes respectivas: http://www.journals.elsevier.com/).
Os gráficos abaixo expressam primeiramente a comparação quantitativa de estudos realizados em clima temperado e tropical (fig. 2.3 A). Em termos gerais os trabalhos em clima temperado e tropical representam aproximadamente 70 e 30 % da produção total. Nota-se a tendência para o predomínio de trabalhos em clima temperado até 2009, apesar de 2003 ter sido um ano atípico. Já de 2010 em diante, aparentemente os trabalhos publicados nos dois sistemas climáticos se igualam, como exemplo Jim & Tsang, (2011a) para o tropical e Gregoire & Clausen, (2011) para o temperado, voltando à predominância do temperado a partir de 2013. Os principais locais de clima tropical onde se realizaram estes estudos, entretanto, foram no velho mundo, especialmente Hong Kong e Singapura (Jim & Tsang, 2011a; Tan & Sia, 2009), respectivamente, sendo poucos os trabalhos em região Neotropical (Sonne, 2006).
Comparando quantitativamente os trabalhos científicos sobre telhados verdes produzidos no exterior e no Brasil (fig. 2.3 B), demonstra-se que a produção nacional é bastante modesta frente ao total mundial, apesar de relativamente constante de 2002 em diante. Já quando comparamos o total de artigos publicados em periódicos com seleção por “peer-review” a contribuição (mesmo em co-autoria estrangeira) brasileira descresce para apenas 2 casos (Parizotto & Lamberts, 2011; Köhler et al., 2002).
O elevado custo das técnicas atuais (e.g. “MEG”), sua instalação e manutenção limitam a construção em maior escala de telhados verdes em clima tropical. Soma-se a isso as condições abióticas potencialmente estressantes para as plantas, que precisam assim ser avaliadas quanto à sobrevivência e crescimento. Entretanto os benefícios potenciais são valiosos, inclusive para moradias de baixa renda, justificando sua aplicação. Fica evidente assim a necessidade de se ampliar os estudos científicos e experimentais sobre instalação, manutenção e funcionalidade de telhados verdes no Brasil.
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Figura 2.3 - A. comparação quantitativa entre estudos sobre telhados verdes realizados em diferentes anos sob clima temperado (escuro) e tropical (claro). B. comparação quantitativa de estudos realizados sobre telhado verde no Brasil (claro) e no exterior (escuro).
2.4 Escolha das plantas: um limite para telhados verdes nos trópicos
Telhados verdes tropicais têm na escolha das espécies vegetais um limite para sua implementação (Tan & Sia, 2009). Isto se deve à necessidade de adequar a fisiologia de cada planta às condições expostas e frequentemente estressantes do telhado, seja por seca, frio ou calor excessivos. Embora existam vantagens para telhados verdes em clima tropical, como a ausência de congelamento e sazonalidade no crescimento (Köhler et al., 2002), suas condições abióticas são usualmente mais estressantes para a vegetação do que sob climas temperados, devido às temperaturas superficiais e do ar, além da radiação solar, mais elevadas (Williams et al., 2010).
15
Mesmo em telhados verdes intensivos, onde estão regularmente disponíveis irrigação e manutenção (Sutton, 2015), nem todas as espécies que necessitam de solo mais profundo sobreviverão a um clima tropical, uma vez que as condições como radiação solar e vento são mais intensas que ao nível do solo (Jim & Tsang, 2011 b). Já em telhados verdes extensivos (não irrigados) o maior dessecamento periódico do substrato determina a prevalência de espécies com capacidade para maior armazenamento de água e tolerância à desidratação parcial (Rayner et al., 2016). Além disso, em regiões tropicais os raios solares mais intensos, especialmente na porção UV- B do espectro (Searles et al., 1995), causam lesões irreversíveis nas folhas (e.g., “photobleaching”; Caasi-Lit et al., 1997) e ainda há fatores adicionais de estresse como - calor extremo e até chuvas torrenciais que lixiviam nutrientes essenciais como NO3 e 3- PO4 (Vijayaraghavan et al., 2012). A escolha de espécies tolerantes a estes fatores de estresse é portanto ponto crucial para o sucesso de instalação dos telhados verdes.
A seleção e testes de plantas para aplicação em telhados verdes são comuns em estudos realizados sob climas frios e temperados (Durhman et al., 2006; Getter & Rowe, 2008 & 2009; Getter et al. 2009; Dunnett & Nolan, 2002; Dunnett et al., 2008; Lundholm et al., 2010) mas raros em climas tropicais. Mais além, em alguns destes estudos tropicais, as espécies vegetais não são citadas (Laar & Grimme, 2006; Sailor, 2008; Jim & Tsang, 2011a). Em outro, apenas o gênero é indicado (Wong et al., 2003). Raramente a espécie utilisada é identificada (Vecchia, 2005; Parizotto & Lamberts, 2011). Entretanto, em nenhum caso da literatura aqui consultada, espécies vegetais foram selecionadas e testadas comparativamente quanto à respectiva capacidade de sobrevivência e crescimento em telhados verdes sob clima tropical úmido.
2.5 Biodiversidade vegetal brasileira: fonte para telhados verdes tropicais
A busca por plantas adequadas para testes em telhados verdes tropicais encontra amplas possibilidades no Brasil, que comporta uma das maiores floras do planeta (19% do total mundial) com cerca de 56.000 espécies (Giulietti et al. 2005) distribuídas em uma grande variedade de biomas e formações vegetacionais. Por exemplo, nas costas sudeste e nordeste do Brasil ocorrem remanescentes de Mata Atlântica, hoje devastada
16 em quase 95% (Dean, 1996). Considerada um dos 25 “hotspots” terrestres (sensu Myers et al., 2000), a Mata Atlântica apresenta altíssima biodiversidade concentrada (até 454 espécies/hectare). O Cerrado constitui o segundo mais rico “hotspot” brasileiro, também sob forte devastação (Klink & Machado, 2005). Além disso, no Brasil ocorre elevado grau de endemismo (e.g., 45% (3560 espécies) das monocotiledôneas, como bromélias, orquídeas e gramíneas, ocorrentes no Brasil são endêmicas (Giulietti et al., 2005)). Este manancial constitui rico capital biológico e abre imensas oportunidades para avaliar sobrevivência e crescimento de espécies vegetais nativas em experimentos de naturação de telhados.
De especial importância, destacam-se as espécies vegetais tolerantes a ambientes estressantes como as halófitas (vivem em ambiente salino), epífitas (vegetam sobre arbustos e árvores, quase sem substrato), litófitas (ocorrem em inselbergues e campos ruprestres, quase sem substrato) e psamófilas (enraizam em substrato arenoso); todas quase sempre submetidas a oligotrofia (Mantovani & Iglesias, 2005), elevados níveis de temperaturas do substrato e do ar, seca, fortes ventos, além de intensa radiação solar (Benzing, 1990; Mantovani & Iglesias, 2001). Tais condições são similares às potencialmente prevalecentes em telhados sob clima tropical (Tan & Sia, 2005).
Esta tolerância vegetal ao estresse se deve às estratégias especiais de sobrevivência, que vão desde mecanismos bioquímicos a mecanismos morfológicos, envolvendo estrutura e fisiologia na busca de um balanço positivo de carbono que permita crescimento e reprodução. Dentre tais estratégias figura por exemplo o metabolismo CAM (crassulacean acid metabolism), onde a abertura estomática ocorre principalmente à noite e sob menor déficit de pressão de vapor d`água na atmosfera (Cockburn et al., 1979), fato que minimiza a perda de água da folha durante a absorção de CO2 (Nobel, 1976). Outra estratégia é a armazenagem de água, que pode ocorrer tanto externamente (e.g., disposição embricada de folhas de bromélias-tanque) (Benzing, 2000) quanto internamente, através da suculência gerada por parênquimas aquíferos em caules e folhas (e.g., orquídeas) (Mantovani, 1999). Diversas outras estratégias poderiam ainda ser citadas como forma de tolerar o estresse ecofisiológico (Luttge, 2008).
17
Capítulo 3: Uma nova técnica para instalação de telhados verdes em clima tropical
3.1 Introdução
Áreas verdes urbanas e reduções de temperatura locais estão intimamente relacionados (Susca et al., 2011). Já pobres em vegetação, áreas densamente urbanizadas têm poucos espaços residuais que podem ser plantados, direcionando a atenção cada vez mais para o verdejamento dos telhados, que constituem 20-25% da superfície urbana (Akbari et al., 2003).
Telhados verdes são ambientes artificiais separados do solo por um edifício ou outra estrutura onde as plantas são cultivadas num suporte especial (Osmundson, 1999), que, dentre muitas vantagens sobre os telhados convencionais, podem atenuar fortemente os efeitos de aquecimento (Vecchia, 2005). Após vários anos de testes e melhorias, o sistema MEG (Modern Extensive Greenroof) tornou-se a principal tecnologia internacionalmente usada para instalar telhados verdes em regiões temperadas (Köhler & Poll, 2010). Problemas, embora raros, são geralmente de difícil solução, porque o sistema MEG usa seis camadas: impermeabilização, barreira anti enraizamento, drenagem, armazenamento de água, filtragem e meio de crescimento (solo ou substrato) (Thuring & Dunnett, 2014). Este sistema complexo tem, portanto, um custo de instalação e manutenção elevado (Wong et al., 2003 b) o que pode limitar a sua ampla aplicação.
A implementação de telhados verdes é também limitada pela sobrevivência das plantas, principalmente em clima tropical. A seleção e testes de plantas para telhados verdes tem ocorrido principalmente sob climas temperados (Durham et al, 2006;. Getter & Rowe, 2008 e 2009; Getter et al. 2009;. Dunnett & Nolan, 2002; Dunnett et al., 2008;. Lundholm et al., 2010), cujas condições são consideravelmente diferentes das dos trópicos úmidos (Tan & Sia, 2009). Embora componentes como a drenagem e o substrato possam ser projetados para atender a critérios locais, o conhecimento científico é escasso em relação à flora capaz de sobreviver às condições estressantes
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(por exemplo, alta radiação, seca, elevada temperatura) comuns em telhados verdes instalados sob climas tropicais (Parizotto & Lamberts, 2011; Laar & Grimme, 2006).
Locais privilegiados em termos de biodiversidade, os 25 “hotspots” da Terra abrigam 44% da flora endêmica mundial (Myers et al., 2000). Especificamente em relação às plantas vasculares, o Brasil possui a maior flora do mundo (Soares et al., 2013) com cerca de 40 mil espécies distribuídas em biomas distintos tais como o Cerrado e a Mata Atlântica, dois “hotspots”. Em termos mundiais, considerando-se que 16 destes “hotspots” estão localizados nos trópicos, este "capital biológico" representa uma fonte extremamente rica de material vegetal que pode ser testado para a implementação de telhados verde nestas condições. Para tal, epífitas de copas de árvores (Benzing, 1990), espécies litófitas de inselbergs (Porembski, 2007) e espécies psamófilas de planícies arenosas costeiras (i.e., restingas) (Mantovani & Iglesias, 2005 e 2010) podem ser valiosas já que são localmente adaptadas às condições abióticas tropicais severas.
Em vista das limitações impostas pela tecnologia de telhados verdes, é necessário minimizar sua complexidade e consequente custo. Nosso objetivo é propor e testar uma nova tecnologia de telhado verde que pode ser aplicada tanto às instalações extensivas quanto às semi-intensivas em condições tropicais usando flora local adaptada à extremos abióticos. Tal redução em complexidade deve andar de mãos dadas com uma cuidada seleção de plantas adaptadas a crescer sob condições estressantes ocorrentes em telhados tropicais.
3.2 Metodologia
3.2.1 Telhado verde tropical experimental
A tecnologia aqui proposta é baseada em simplificações e adaptações de tecnologias disponíveis (Thuring & Dunnett, 2014), tendo a tecnologia “MEG” (“Modern Extensive Greenroof”) como ponto de partida (Köhler & Poll, 2010). O sistema consiste de uma nova tecnologia hidropônica de telhado verde livre de substrato compreendendo a redução para apenas três camadas das seis originalmente previstas no
19 sistema MEG. A partir do telhado estrutural para cima, estas são: geotêxtil fino, membrana de impermeabilização e geotêxtil espesso. As camadas de drenagem, barreira anti enraizamento e de substrato, utilizadas no sistema MEG, foram removidas. Por sua vez, o processo horticultural aqui proposto é um sistema hidropônico (Douglas, 2001), que, por sua oferta em pulsos de hidratação, consideramos adequado para espécies epífitas e litófitas (Benzing, 1990). A seguir, os tópicos descrevem detalhadamente a construção civil do telhado estrutural, a instalação técnica das camadas de suporte para o telhado verde, e por fim, a instalação/plantio das espécies vegetais.
3.2.1.1 Metodologia de instalação das três camadas de suporte e sistema de irrigação
De julho de 2012 a fevereiro de 2013 a casa foi construída na região metropolitana do Rio de Janeiro, distando cerca de 25 Km de distância em linha reta de seu centro. O projeto é de casa térrea com 3 quartos, constituindo 118m2 de área fechada e 235m2 de cobertura distribuídos na forma de 2 planos inclinados em 10%, formando 2 águas orientadas para norte e sul segundo a planta de cobertura (fig. 3.1).
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Figura 3.1 - Planta de cobertura mostrando o caimento em 2 águas (setas triangulares) e área fechada pontilhada. Posições dos aspersores de irrigação indicadas por (internos) e (externos).
A estrutura do telhado consiste em uma laje concretada com vigotas de concreto armado pré-moldado intercaladas com tijolos cerâmicos de 8 cm de espessura e recoberta por capa de concreto armado. O projeto estrutural foi realizado com a laje de resistência calculada para 500 Kgf / m2. Uma clarabóia que não constava do projeto arquitetônico foi construída para entrada de luz solar e para possibilitar a checagem da irrigação de dentro da casa. A concretagem de sua capa recebeu aditivo para impermeabilização de concreto armado da marca Viapol®. Após curar por 3 semanas com frequentes adições de água, foi aplicada argamassa de areia e cimento com 2cm de espessura contendo o mesmo aditivo impermeabilizante de forma a tornar a superfície mais regular e lisa e assim evitar puncionamentos da membrana de impermeabilização
21 por protuberâncias do concreto. Após cura por mais uma semana, foi aplicado impermeabilizante superficial da marca Sikatop 108® em 3 demãos para impermeabilização adicional. Um pigmento verde foi usado como forma de visualizar a aplicação e garantir que toda a superfície estivesse o mais homogeneamente recoberta possível.
Com a laje preparada, iniciou-se a instalação das 3 camadas do sistema proposto (fig. 3.2) composta a partir do telhado por geotêxtil RT10 de assentamento (primeira camada), membrana impermeabilizante de PVC (segunda camada) e geotêxtil RT16 como o meio de enraizamento (terceira camada).
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Figura 3.2 - Proposta de uma nova técnica de telhado verde em clima tropical. Sistema em corte transversal mostrando as 3 camadas utilizadas. Todas as dimensões em mm.
A primeira camada é constituída por geotêxtil não tecido de 3mm de espessura e 10KN de tensão para ruptura da marca bidimRT10®, a qual foi aplicada sobre toda a laje com seus segmentos seguindo a direção paralela ao caimento do telhado. Esta camada tem a função de formar uma base segura para assentamento da membrana de impermeabilização, evitando qualquer objeto pontiagudo na superfície da laje que poderia danificá-la. A junção dos segmentos lineares foi realizada com máquina de termo-soldagem.
Para garantir a estanqueidade da cobertura, sobre a primeira camada (geotêxtil bidimRT10®) foi aplicada a segunda camada, constituída por sua vez por uma
23 membrana de impermeabilização de PVC com 0,8 mm de espessura colada a geotêxtil não tecido do lado superior da marca Vinimanta®, da Sansuy. Esta segunda camada foi instalada por profissionais da Sansuy, a qual forneceu garantia de 5 anos contra vazamentos de água. Seus segmentos foram também termosoldados como na primeira camada, adicionando-se cola para PVC e seguindo a direção perpendicular à do caimento do telhado e assim também à primeira camada.
A terceira e última camada é representada por geotêxtil não tecido de 5mm de espessura e 16KN de tensão para ruptura da marca bidimRT16®, na direção paralela ao caimento do telhado. Esta camada funciona como o meio onde ocorrerá preferencialmente o enraizamento. Os segmentos foram colados com adesivo industrial à base de poliuretano da marca Sikaflex® já que a soldagem transversal à segunda camada poderia danificá-la.
Esta terceira e última camada age como meio hidratante para funcionamento do sistema proposto. Adsorvida às fibras de poliéster da terceira camada, a água flui no sentido do caimento do telhado e também se distribui horizontalmente por capilaridade, carreando consigo nutrientes que porventura estejam em solução (Rola et al., 2008) e funcionando, portanto, como a solução nutritiva dos sistemas hidropônicos tradicionais (Douglas, 2001).
Ao redor de todo o perímetro do telhado, as três camadas utilizadas foram deixadas com 100mm de sobra para além dos 160mm de espessura da laje, formando uma “pingadeira” com 26cm. Esta “pingadeira” direciona o excesso de água para baixo, evitando que escorra pelo lado inverso da laje nos beirais. Nas porções norte e sul do telhado, calhas de PVC foram fixadas às três camadas (“pingadeira”), constituindo também uma inovação do sistema proposto já que facilita a instalação da calha e garante a captação da água excedente (fig. 3.3).
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Figura 3.3 - Calha com fixação na borda das 3 camadas formada pela dobra das mesmas no beiral do telhado.
Por fim, antes de iniciar a introdução de plantas, foram instalados o sistema de irrigação e os caminhos de pedras no telhado. A irrigação foi construída com seis aspersores spray 360° da marca Rainbird® (4m de raio de ação) para irrigar a parte interna do telhado e seis aspersores de impacto da marca Rainbird® modelo 2045-PJ-08 (6m de raio de ação) localizados nos cantos dos beirais para irrigar as margens do telhado e jardins no entorno da casa (fig. 3.4). Os caminhos foram executados com 130
25 lajotas de granito bruto com ca. 40cm de lado fixadas de forma nivelada ao geotêxtil superior por argamassa de cimento e areia contendo aditivo plastificante da marca Viapol®. Assim como a clarabóia, as lajotas foram todas orientadas diagonalmente à inclinação da laje, de forma a não interromperem o fluxo de água por dentro do geotêxtil superior e superficialmente acima deste, evitando acúmulos de água nas porções superiores ou faixas secas abaixo. Uma plataforma nivelada de 2,5m x 1,5m foi feita na parte mais alta do telhado com a mesma orientação.
Figura 3.4 - Posições de irrigação por aspersão e raios de ação indicados por círculos azuis que abrangem toda a área do telhado. Para maior clareza, as linhas tracejadas representam perímetro externo de rega. Todas as dimensões em metros.
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3.2.1.2 Metodologia de plantio
O plantio foi iniciado na primeira semana de janeiro de 2013, com as espécies de crescimento reptante (paralelo à superfície em que vegetam) sendo adicionadas na forma de segmentos de caule diretamente sobre o geotêxtil superior (terceira camada). Muitas das bromélias-tanque, destacando-se Neoregelia compacta, a espécie que recobre a maior área do telhado, foram adicionadas de forma semelhante, através de touceiras com rosetas interconectadas por estolões (fig. 3.5).
A B C
Figura 3.5 - Sequência mostrando o plantio de Neoregelia compacta diretamente sobre o geotextil.
Outras plantas de maior porte foram fixadas em suas posições com tijolos cerâmicos até que o enraizamento as fixasse no lugar em definitivo, sendo então possível a remoção dos tijolos.
Uma pequena quantidade (cerca de 20Kg) de solo superficial coletado na floresta próxima à casa foi manualmente triturado e homogeneamente espalhado sobre todo o geotêxtil superior (terceira camada) com o objetivo de viabilizar a colonização por fungos, bactérias, microartrópodes, entre outros organismos (Brenneisen, 2006; McGuire et al., 2013) de importante papel na estruturação da dimensão biótica do meio de enraizamento.
Uma ampla diversidade de espécies nativas e exóticas foi inicialmente introduzida no telhado (230 espécies de plantas vasculares). Este plantio inicial diversificado segue as recomendações da literatura (Köhler, 2006) e tem o potencial para melhorar a taxa de sobrevivência (Nagase & Dunnett, 2010; Wolf & Lundholm, 2008) e funções ecossistêmicas do telhado verde (Lundholm et al., 2010). Telhados verdes podem também ser úteis para a conservação de espécies ameaçadas de extinção (Köhler, 2006). Portanto, sempre que disponíveis, estas também foram
27 preferencialmente introduzidas. A maior parte das espécies foi disposta na forma de manchas mono-específicas sem a presença de barreira física entre manchas contíguas. As espécies utilizadas foram praticamente todas epífitas ou litófitas com metabolismo CAM (“crassulacean acid metabolismo”) (Crayn et al., 2015), cujos estômatos se abrem principalmente à noite, captando o CO2 e minimizando assim a perda de água caso este processo ocorresse prioritariamente de dia. Mesmo assim, diversas espécies de hábito terrestre e metabolismo C 3 (com abertura estomática e fixação de CO2 e transpiração ocorrendo durante o dia) também foram introduzidas.
O plantio foi finalizado no final de março de 2013, apenas continuando na forma de algumas espécies de crescimento pêndulo (em direção ao solo) pontualmente introduzidas nos beirais por fixação na tubulação de irrigação.
3.2.1.3 Avaliação do crescimento vegetal
O crescimento de nove espécies foi quantificado ao longo de 10 semanas para demonstrar a capacidade de enraizamento e recobrimento superficial do geotêxtil superior (terceira camada) por plantas vasculares (Takahiro et al., 2010). Foram estudadas as espécies Agave gypsophylla, Callisia fragrans, Callisia repens, Callisia warszewicziana, Echeveria gibbiflora, Kalanchoe fedtschenkoi, Neoregelia concentrica, Tradescantia pallida e Tradescantia zebrina. De um a três indivíduos por espécie foram analisados por fotografias digitais sequenciais. Foi usada tinta acrílica para pintar no geotêxtil superior (terceira camada) 82 posicionamentos para um tripé fotográfico de forma a permitir a replicação semanal das fotografias com exatidão na posição. Uma máquina fotográfica da marca Nikon, modelo Coolpix P100 foi conectada ao tripé de forma a ficar orientada verticalmente para baixo. A partir da semana 1 (31 de março a 6 de abril de 2013), sempre às quartas-feiras pela manhã, foram repetidas as fotografias em todas as 82 posições até a semana 10. A quantificação da área de recobrimento vegetal foi realizada com o programa Image Pro Plus.
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3.2.1.4 Avaliação morfo-fisiológica
Parâmetros morfofisiológicos vegetais foram utilizados para caracterizar a flora e seu respectivo estado fisiológico após três anos de cultivo sob a nova técnica de telhado verde proposta. Considerando que 114 espécies puderam ser avaliadas, escolhemos parâmetros integrais ou facilmente aplicáveis da folha. Suculência foliar foi avaliada seguindo Mantovani (1999). Resumidamente, seções circulares de folhas (ou a estrutura fotossintetizante correspondente, tal como cladódio) foram obtidas com furador de rolhas, mantidas hidratadas com papel de filtro umedecido em condições de escuro e sob 7ºC por 24hs, para obter o seu peso fresco máximo. Os espécimes foram então secos a 60 oC até peso constante. Peso fresco e seco foram determinados com uma balança Ohaus com precisão de 0,001 g. Suculência foi quantificada pela fórmula (peso fresco máximo - peso seco) / área da folha, enquanto que o peso específico da folha foi calculado pela razão peso seco da folha / área da folha.
A integridade do aparato fotossintético de 156 espécies plantadas no telhado verde foi avaliado através da eficiência do rendimento quântico efetivo, obtido via análise de fluorescência de clorofila a do fotossistema II, sob iluminação ambiente. Especificamente o rendimento quântico efetivo foi avaliado usando um fluorimetro de amplitude modulada (MINI-PAM, H. Walz, Effeltrich, Germany). O rendimento quântico efetivo sob luz actinica foi determinado sem escurecimento foliar, com obtenção dos parâmetros Ft e Fm’ (respectivamente fluorescência transiente sob luz, e fluorescência quântica máxima sob luz), com os quais é possível determinar o rendimento quântico máximo na luz, ou parâmetro de Genty, pela formula (Fm’- Ft)/Fm´. Este parâmetro reflete como o conjunto de fatores estressantes ao qual a planta está sujeita afeta o aparato de aquisição de luz para a realização da fotossíntese. Na literatura específica é amplamente utilizado como um avaliador do grau de estresse fisiológico da fotossíntese (Luttge, 2008). Para isto, quanto mais o valor se distancia do máximo de 0,80 (obtido após relaxamento do aparato fotossintético sob condições de escuro), mais está reduzida a eficiência do rendimento quântico. Nossa hipótese é que a técnica de telhado verde aqui proposta seja suficiente para a sobrevivência de plantas em condições não crônicas, mas sob fotoinibição dinâmica. Neste sentido, o parâmetro rendimento colhido ao amanhecer deve ser superior a 0,7 (Maxwell & Johnson, 2000).
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3.2.1.5 Comparação de custos
Os custos de instalação da nova técnica foram estimados a partir do custo por metro quadrado das camadas utilizadas, somadas ao custo da instalação estimada em força de trabalho “homem por hora”. O total do custo, bem como as parcelas separadas de custo de material e de instalação foram comparados aos custos da instalação de um telhado verde usando a técnica “MEG” orçados por Rosseti et al., (2013).
3.3 Resultados
Durante três anos contínuos acompanhou-se a evolução do telhado verde sob a nova técnica proposta. Uma comunidade vegetal artificial com alta diversidade se estabeleceu sobre o telhado, levando 2 anos para atingir o recobrimento total do mesmo (fig. 3.6 A e B).
A B
Figura 3.6 - Comunidade vegetal estabelecida, fotos de 6 de maio de 2015.
Para uma visualização do sistema como um todo, a sequência de fotos (fig. 3.7) abaixo ilustra a evolução do recobrimento vegetal:
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Figura 3.7 - Evolução do recobrimento vegetal sobre nova técnica de telhado verde. A. Dezembro 2012; B. Março 2013; C. Outubro 2013; D. Maio 2015; E. Março 2016.
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Das 230 espécies ou cultivares (híbridos ou variedades horticulturais) inicialmente cultivados, um total de 218 espécies não apenas sobreviveu, mas apresentou crescimento e reprodução clonal (brotação) sobre o telhado verde experimental. Pertencem tais espécies a 20 famílias botânicas: Acanthaceae (1), Amaryllidaceae (2), Apocynaceae (8), Araceae (4), Arecaceae (2), Asparagaceae (19), Asteraceae (3), Bromeliaceae (82), Cactaceae (44), Clusiaceae (2), Commelinaceae (5), Convolvulaceae (1), Crassulaceae (7), Didiereaceae (1), Doryanthaceae (1), Euphorbiaceae (4), Iridaceae (1), Lamiaceae (1), Melastomataceae (2), Orchidaceae (14), Pandanaceae (2), Piperaceae (1), Polypodiaceae (2) e Xanthorrhoeaceae (7). As 12 espécies que não sobreviveram consistiam de cultivares do gênero Sedum, aqui testadas por serem amplamente utilizadas em telhados verdes sob clima temperado (Getter & Rowe, 2008 e 2009).
Os dados acima demonstram que a distribuição das famílias revela uma forte predominância de Bromeliaceae e Cactaceae, com 38 e 21% do total da diversidade, respectivamente. Cita-se em seguida Orchidaceae (6%), Apocynaceae (4%), Euphorbiaceae (2%), Araceae (2%), Melastomataceae (1%), Clusiaceae (1%) e Amaryllidaceae (1%). Por serem exóticos cita-se separadamente Asparagaceae (9%), Crassulaceae (3%) e Xanthorhoeaceae (3%). Do total, 64% são monocotiledôneas e 35% são dicotiledôneas, sendo apenas 1% samambaias.
Quanto às respectivas formas de crescimento (sensu IUCN, (International Union for Conservation of Nature), 2013) as 218 espécies incluem ervas com 49% da diversidade; suculentas (34%); arbustos grandes (5%); árvores pequenas (4%); arbustos suculentos (3%); lianas (3%); árvores suculentas (1%); arbustos pequenos (0,5%) e aquáticas em tanques de Bromeliaceae (0,5%).
Quanto ao hábito, verificamos uma forte predominância (63%) de espécies epífitas (29%), litófitas (23%) ou ambas (11%). Vale mencionar ainda que as espécies adaptadas a múltiplos substratos perfazem um significativo total de 30%, tais como as litófitas ou terrestres (26%) e as epífitas ou terrestres (3%) e litófitas, epífitas ou terretres (1%). Em seguida temos: terrestres (5%) e psamófilas (2%).
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A maioria das espécies (51%) é nativa do Brasil, sendo 40% endêmicas e 11% não. As exóticas perfazem 42%, cultivares 5% e híbridos 2%.
É importante frisar que o cultivo de espécies de crescimento pêndulo nos beirais, principalmente os norte e sul, os quais recebem mais umidade devido ao caimento do telhado nestes sentidos, contribui sisgnificativamente para a diversidade presente, representando 28% desta, contra 66% das espécies restritas ao telhado propriamente dito e apenas 6% em ambas as situações.
Em termos de conservação de espécies raras ou ameaçadas, no telhado verde em estudo 3% estão avaliadas como criticamente em perigo, 8% em perigo e 4% vulneráveis.
Avaliando a origem das espécies presentes, a maioria (51%) é nativa do Brasil, das quais 40% são endêmicas (ocorrem apenas no Brasil) e apenas 11% ocorrem também em outros países. Por outro lado, as exóticas são também aqui expressivamente representadas, com 42% do total de espécies, sendo a maioria do México, África do Sul e Madagascar. Apenas 7% não são espécies naturais, ou seja, foram desenvolvidas artificialmente na forma de híbridos (2%) ou cultivares (5%).
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Tabela 3.1 - Listagem das espécies testadas no experimento e suas características (Nomes científicos atualizados segundo o banco de dados taxonômicos online http://tropicos.org/); Grau de conservação obtidos a partir de IUCN red list, Martinelli & Moraes (2013), CNCFLORA ou CITES Apêndice II.
Forma de Família Espécie Origem Hábito Conservação crescimento Nativa não Acanthaceae Ruellia simplex Wright Erva Terrestre Não listada endêmica
Amaryllidaceae Exótica Erva Terrestre Não listada Allium fistulosum L.
Amaryllidaceae Allium tuberosum Rottler ex Exótica Erva Terrestre Não listada Spreng.
Arbusto Apocynaceae Adenium obesum (Forssk.) Exótica Litófita Não listada suculento Roem. & Schult.
Apocynaceae Huernia macrocarpa Exótica Suculenta Litófita Não listada Schweinfurth ex K. Schum.
Orbea Apocynaceae Exótica Suculenta Litófita Não listada caudata subsp. rhodesiaca (L.C. Leach) Bruyns
Árvore CITES Apocynaceae Pachypodium geayi Costantin Exótica Litófita suculenta Apêndice II & Bois Árvore CITES Apocynaceae Exótica Litófita Pachypodium lamerei Drake suculenta Apêndice II
Arbusto Apocynaceae Pachypodium saundersii N.E. Exótica Litófita Não listada suculento Br. Árvore Apocynaceae Plumeria rubra L. Exótica Terrestre Não listada pequena
Apocynaceae Exótica Suculenta Litófita Não listada Stapelia hirsuta L.
Alocasia 'Amazonica’ Híbrido Araceae Erva Terrestre Não aplicável (Alocasia sanderiana x artificial Alocasia lowii)
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Menor Araceae Colocasia Exótica Aquática Aquatic preocupação esculenta var. aquatilis Hassk. (LC)(IUCN)
Nativa Epífita / Litófita Araceae Philodendron crassinervium Liana Não listada endêmica / HemiEpífita Lindl.
Araceae Philodendron warszewiczii K. Exótica Liana Epífita / Litófita Não listada Koch & C.D. Bouché Menor Árvore Arecaceae Bismarckia nobilis Hildebrandt Exótica Terrestre preocupação pequena & H. Wendl. (LC)(IUCN) Arbusto Arecaceae Exótica Terrestre Não listada Chamaedorea seifrizii Burret grande
Arbusto Litófita / Asparagaceae Agave americana var. Exótica Não listada grande Terrestre marginata Trel. Arbusto Litófita / Asparagaceae Exótica Não listada Agave attenuata Salm-Dyck grande Terrestre Arbusto Litófita / Asparagaceae Exótica Não listada Agave franzosinii P.Sewell grande Terrestre Arbusto Asparagaceae Exótica Litófita Não listada Agave gypsophila Gentry pequeno
Arbusto Asparagaceae Agave vilmoriniana (leaves Exótica Litófita Não listada grande erect) A. Berger
Arbusto Asparagaceae Agave vilmoriniana (spiraled Exótica Litófita Não listada grande leaves) A. Berger
Arbusto Litófita / Asparagaceae Agave weberi F. Cels ex J. Exótica Não listada grande Terrestre Poiss. Arbusto Litófita / Asparagaceae Exótica Não listada Beaucarnea recurvata Lem. grande Terrestre Árvore Litófita / Vulnerável Asparagaceae Exótica Dracaena draco (L.) L. pequena Terrestre (VU) (IUCN)
Árvore Litófita / Asparagaceae Dracaena Exótica Não listada pequena Terrestre reflexa var. angustifólia Baker Asparagaceae Híbrido Suculenta Litófita / Não aplicável
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Sansevieria 'Alva' artificial Terrestre
Litófita / Asparagaceae Sansevieria ehrenbergii Exótica Suculenta Não listada Terrestre Schweinf. ex Baker Cultivar Litófita / Asparagaceae Suculenta Não aplicável Sansevieria 'Fernwood' artificial Terrestre
Litófita / Asparagaceae Sansevieria masoniana Exótica Suculenta Não listada Terrestre Chahinian Litófita / Asparagaceae Exótica Suculenta Não listada Sansevieria parva N.E. Br. Terrestre
Cultivar Litófita / Asparagaceae Sansevieria trifasciata Suculenta Não aplicável artificial Terrestre 'Bantel´s Sensation'
Cultivar Litófita / Asparagaceae Sansevieria trifasciata 'Black Suculenta Não aplicável artificial Terrestre Coral'
Cultivar Litófita / Asparagaceae Sansevieria trifasciata Suculenta Não aplicável artificial Terrestre 'Moonshine'
Sansevieria Litófita / Asparagaceae Exótica Suculenta Não listada trifasciata var. laurentii (De Terrestre Wild.) N.E. Br. Litófita / Asteraceae Exótica Suculenta Não listada Senecio crassissimus Humbert Terrestre Litófita / Asteraceae Exótica Suculenta Não listada Senecio serpens G.D. Rowley Terrestre
Asteraceae Senecio sp.
Nativa não Bromeliaceae Acanthostachys strobilacea Suculenta Epífita Não listada endêmica (Schult. & Schult.f.) Klotzsch Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae Aechmea amicorum B. R. Silva (bromélia- Arenícola endêmica (EN) & H. Luther tanque) Erva Nativa Vulnerável Bromeliaceae Aechmea bambusoides L.B. (bromélia- Epífita endêmica (VU) Sm. & Reitz tanque) Bromeliaceae Nativa Erva Arenícola Não listada
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Aechmea blanchetiana (Baker) endêmica (bromélia- L.B. Sm. tanque) Erva Nativa Epífita / Bromeliaceae Aechmea cephaloides (bromélia- Não listada endêmica Terrestre J.A.Siqueira & Leme tanque) Erva Nativa não Bromeliaceae Aechmea chantinii (Carrière) (bromélia- Epífita Não listada endêmica Baker tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Aechmea comata (Gaudich.) (bromélia- Epífita / Litófita Não listada endêmica Baker tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Aechmea correia-araujoi (bromélia- Epífita Não listada endêmica E.Pereira & Moutinho tanque) Erva Nativa Epífita / Em perigo Bromeliaceae (bromélia- Aechmea depressa L.B. Sm. endêmica Terrestre (EN) tanque) Erva Litófita / Nativa Bromeliaceae (bromélia- Epithyte / Não listada Aechmea distichantha Lem. endêmica tanque) Terrestre Erva Epífita / Nativa Bromeliaceae Aechmea floribunda Mart. ex (bromélia- Terrestre/ Não listada endêmica Schult. & Schult. f. tanque) Arenícola Erva Nativa Epífita / Litófita Bromeliaceae Aechmea leptantha (Harms) (bromélia- Não listada endêmica / Terrestre Leme & J.A. Siqueira tanque) Erva Nativa não Bromeliaceae Aechmea nudicaulis (cv. 1) (bromélia- Epífita / Litófita Não listada endêmica (L.) Griseb. tanque) Erva Nativa não Bromeliaceae Aechmea nudicaulis (cv. 2) (bromélia- Epífita / Litófita Não listada endêmica (L.) Griseb. tanque) Erva Criticamente Nativa Bromeliaceae (bromélia- Epífita em perigo Aechmea orlandiana L.B. Sm. endêmica tanque) (CR) Erva Nativa Epífita / Bromeliaceae (bromélia- Não listada Aechmea pectinata Baker endêmica Terrestre tanque) Nativa Erva Epífita / Litófita Bromeliaceae Não listada Aechmea pineliana (Brongn. endêmica (bromélia- / Arenícola
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ex Planch.) Baker tanque) Erva Híbrido Bromeliaceae (bromélia- Epífita Não aplicável Aechmea 'Purple Gem' artificial tanque) Erva Nativa não Bromeliaceae (bromélia- Epífita / Litófita Não listada Aechmea tocantina Baker endêmica tanque) Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae Alcantarea glaziouana (Leme) (bromélia- Litófita endêmica (EN) J.R.Grant tanque) Erva Nativa Vulnerável Bromeliaceae Alcantarea nahoumii (Leme) (bromélia- Litófita endêmica (VU) J.R.Grant tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Alcantarea odorata (Leme) (bromélia- Litófita Não listada endêmica J.R.Grant tanque) Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae Alcantarea vinicolor (E.Pereira (bromélia- Litófita endêmica (EN) & Reitz) J.R.Grant tanque) Cultivar Litófita / Bromeliaceae Erva Não aplicável Ananas (Nahoum) artificial Terrestre Cultivar Litófita / Bromeliaceae Erva Não aplicável Ananas comosus (L.) Merr. artificial Terrestre Erva Nativa Bromeliaceae Billbergia amoena var. rubra (bromélia- Epífita Não listada endêmica M.B. Foster tanque) Erva Cultivar Bromeliaceae (bromélia- Epífita Não aplicável Billbergia 'Hallelujah' artificial tanque) Erva
Bromeliaceae (bromélia- Epífita Billbergia sp. 1 tanque) Erva Litófita / Bromeliaceae Brocchinia micrantha (Baker) Exótica (bromélia- Não listada Terrestre Mez tanque) Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae Canistrum alagoanum Leme & (bromélia- Epífita / Litófita endêmica (EN) J.A.Siqueira tanque) Nativa Erva Epífita / Em perigo Bromeliaceae Canistrum aurantiacum E. endêmica (bromélia- Terrestre (EN)
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Morren tanque)
Nativa Bromeliaceae Cryptanthus schwackeanus Erva Litófita Não listada endêmica Mez
Nativa não Vulnerável Bromeliaceae Deuterocohnia meziana Suculenta Litófita endêmica (VU) Kuntze ex Mez Nativa Bromeliaceae Suculenta Litófita Não listada Dyckia brevifolia Baker endêmica Nativa Bromeliaceae Suculenta Litófita Não listada Dyckia choristaminea Mez endêmica Encholirium horridum L.B. Nativa Em perigo Bromeliaceae Suculenta Litófita Sm. endêmica (EN)
Bromeliaceae Erva Litófita Fosterella sp.
Bromeliaceae Hechtia rosea E. Morren ex Exótica Suculenta Litófita Não listada Baker Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae Hohenbergia castellanosii L.B. (bromélia- Arenícola endêmica (EN) Sm. & Read tanque) Erva Criticamente Nativa Bromeliaceae Hohenbergia correia-araujoi (bromélia- Epífita em perigo endêmica E. Pereira & Moutinho tanque) (CR) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Não listada Hohenbergia pennae E. Pereira endêmica tanque) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Hohenbergia sp. 1 endêmica tanque) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Hohenbergia sp. 2 endêmica tanque) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Hohenbergia sp. 3 endêmica tanque) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Hohenbergia sp. 4 endêmica tanque) Bromeliaceae Nativa Erva Epífita Não listada
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Neoregelia camorimiana E. endêmica (bromélia- Pereira & I.A. Penna tanque) Erva Nativa Epífita / Bromeliaceae Neoregelia carcharodon (bromélia- Não listada endêmica Terrestre (Baker) L.B. Sm. tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Neoregelia compacta (Mez) (bromélia- Epífita / Litófita Não listada endêmica L.B. Sm. tanque) Erva Nativa Epífita / Bromeliaceae Neoregelia concentrica (Vell.) (bromélia- Não listada endêmica Terrestre L.B. Sm. tanque) Erva Nativa Arenícola / Bromeliaceae Neoregelia cruenta (bromélia- Não listada endêmica Litófita (R.Graham) L.B.Sm. tanque) Erva Cultivar Bromeliaceae (bromélia- Epífita / Litófita Não aplicável Neoregelia cv. 1 artificial tanque) Erva Cultivar Bromeliaceae (bromélia- Epífita / Litófita Não aplicável Neoregelia 'Fireball' artificial tanque) Erva Nativa não Bromeliaceae (bromélia- Epífita Não listada Neoregelia leviana L.B. Sm. endêmica tanque) Erva
Bromeliaceae Exótica (bromélia- Epífita Não listada Neoregelia pendula L.B. Sm. tanque) Erva Cultivar Bromeliaceae (bromélia- Epífita / Litófita Não aplicável Neoregelia 'Sarada' artificial tanque)
Bromeliaceae Erva Litófita Orthophytum sp. 1
Nativa Bromeliaceae Orthophytum vagans M.B. Erva Litófita Não listada endêmica Foster Pitcairnia encholirioides L.B. Nativa Em perigo Bromeliaceae Erva Litófita Sm. endêmica (EN) Cultivar Bromeliaceae Erva Litófita Não aplicável Pitcairnia 'Rhubarb' artificial
Bromeliaceae Erva Litófita Pitcairnia sp. 1
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Nativa Bromeliaceae Erva Litófita Não listada Pitcairnia staminea Lodd. endêmica Erva Nativa Epífita / Vulnerável Bromeliaceae (bromélia- Portea alatisepala Philcox endêmica Terrestre (VU) tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Quesnelia edmundoi var. (bromélia- Epífita Não listada endêmica intermedia E. Pereira & Leme tanque) Erva Nativa Bromeliaceae Quesnelia marmorata (Lem.) (bromélia- Epífita Não listada endêmica R.W.Read tanque)
Bromeliaceae Tillandsia andreana E. Morren Exótica Erva Epífita Não listada ex André Nativa Em perigo Bromeliaceae Erva Litófita Tillandsia araujei Mez endêmica (EN) Nativa não Bromeliaceae Erva Epífita Não listada Tillandsia bulbosa Hook. endêmica
Bromeliaceae Exótica Erva Epífita Não listada Tillandsia ehlersiana Rauh
Bromeliaceae Tillandsia filifolia Schltdl. & Exótica Erva Epífita Não listada Cham.
Bromeliaceae Exótica Erva Epífita Não listada Tillandsia funckiana Baker Menor Nativa não Bromeliaceae Erva Epífita preocupação Tillandsia ionantha Planch. endêmica (LC)(IUCN) Criticamente Nativa Bromeliaceae Erva Litófita em perigo Tillandsia jonesii T. Strehl endêmica (CR)
Bromeliaceae Tillandsia juncea (Ruiz & Exótica Erva Epífita Não listada Pav.) Poir.
Bromeliaceae Tillandsia nidus Rauh & Exótica Erva Epífita Não listada Lehmann
Bromeliaceae Exótica Erva Epífita Não listada Tillandsia schiedeana Steud.
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Bromeliaceae Exótica Erva Epífita Não listada Tillandsia seleriana Mez
Bromeliaceae Tillandsia streptophylla Exótica Erva Epífita Não listada Scheidw. ex C. Morren Nativa não Bromeliaceae Erva Epífita Não listada Tillandsia tricholepis Baker endêmica
Bromeliaceae Tillandsia xerographica Exótica Erva Epífita Não listada Rohweder Erva Criticamente Nativa Bromeliaceae Vriesea costae B. R. Silva & (bromélia- Litófita em perigo endêmica Leme tanque) (CR) Erva Nativa Bromeliaceae Vriesea saundersii (Carrière) (bromélia- Litófita Não listada endêmica E.Morren ex Mez tanque) Erva Nativa Bromeliaceae (bromélia- Litófita Vriesea sp. 1 endêmica tanque) Erva Nativa Em perigo Bromeliaceae (bromélia- Epífita / Litófita Wittrockia superba Lindm. endêmica (EN) tanque) CITES Cactaceae Cactacea sp. 1 Apêndice II CITES Cactaceae Cactacea sp. 2 Apêndice II CITES Cactaceae Cactacea sp. 3 Apêndice II CITES Cactaceae Cactacea sp. 4 Apêndice II
Nativa Em perigo Cactaceae Coleocephalocereus Suculenta Litófita endêmica (EN) fluminensis (Miq.) Backeb. Menor preocupação Litófita / Cactaceae Consolea macracantha A. Exótica Suculenta (LC) (IUCN); Terrestre Berger CITES Apêndice II Litófita / Menor Cactaceae Exótica Suculenta Echinopsis pachanoi (Britton Terrestre preocupação
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& Rose) Friedrich & G.D. (LC) (IUCN); Rowley CITES Apêndice II CITES Cactaceae Suculenta Epífita Hatiora sp. 1 Apêndice II
CITES Cactaceae Hylocereus polyrhizus (F.A.C. Exótica Suculenta Epífita / Litófita Apêndice II Weber) Britton & Rose
Nativa não CITES Cactaceae Hylocereus undatus (Haw.) Suculenta Epífita / Litófita endêmica Apêndice II Britton & Rose Menor preocupação Nativa não Cactaceae Lepismium cruciforme (Vell.) Suculenta Epífita (LC) (IUCN); endêmica Miq. CITES Apêndice II Menor preocupação
Cactaceae Exótica Suculenta Litófita (LC) (IUCN); Mammillaria elongata DC. CITES Apêndice II Dados insuficientes Nativa não Litófita / Cactaceae Suculenta (IUCN); Opuntia ficus-indica (L.) Mill. endêmica Terrestre CITES Apêndice II Menor preocupação Nativa não Litófita / Cactaceae Suculenta (LC) (IUCN); Pereskia aculeata Mill. endêmica Terrestre CITES Apêndice II Menor preocupação Nativa Litófita / Cactaceae Suculenta (LC) (IUCN); Pereskia grandifolia Haw. endêmica Terrestre CITES Apêndice II Menor
Nativa Litófita / preocupação Cactaceae Pilosocereus pachycladus F. Suculenta endêmica Terrestre (LC) (IUCN); Ritter CITES
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Apêndice II
Em perigo (EN) Nativa Cactaceae Pilosocereus ulei (K. Schum.) Suculenta Litófita (IUCN); endêmica Byles & G.D. Rowley CITES Apêndice II Menor preocupação Nativa não Cactaceae Rhipsalis baccifera (Sol.) Suculenta Epífita (LC) (IUCN); endêmica Stearn CITES Apêndice II Quase em perigo (NT) (IUCN); Criticamente em perigo Nativa Cactaceae Rhipsalis cereoides (Backeb. & Suculenta Litófita (CR) endêmica Voll) Backeb. (Martinelli & Moraes, 2013); CITES Apêndice II Quase em perigo (NT) Nativa Cactaceae Suculenta Epífita (IUCN); Rhipsalis clavata F.A.C.Weber endêmica CITES Apêndice II Menor preocupação Nativa Cactaceae Rhipsalis elliptica G. Lindb. ex Suculenta Epífita (LC) (IUCN); endêmica K. Schum. CITES Apêndice II Dados insuficientes Nativa Cactaceae Rhipsalis ewaldiana Barthlott Suculenta Epífita (IUCN); endêmica & N.P.Taylor CITES Apêndice II Rhipsalis flagelliformis Nativa CITES Cactaceae Suculenta Epífita N.P.Taylor & Zappi endêmica Apêndice II
44
Menor preocupação Nativa Cactaceae Rhipsalis grandiflora Haw. Suculenta Epífita (LC) (IUCN); endêmica CITES Apêndice II Vulnerável (VU) Nativa Cactaceae Rhipsalis oblonga Loefgr. Suculenta Epífita (IUCN); endêmica CITES Apêndice II Em perigo (EN) (Martinelli & Moraes, Rhipsalis paradoxa (Salm- Nativa Cactaceae Suculenta Epífita / Litófita 2013); Menor Dyck ex Pfeiff.) Salm-Dyck endêmica preocupação (LC) (IUCN); CITES Apêndice II Criticamente em perigo Nativa (CR) Cactaceae Rhipsalis pentaptera A.Dietr. Suculenta Epífita endêmica (IUCN); CITES Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp. 1 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp. 2 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp. 3 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp.4 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp.5 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Nativa CITES Cactaceae Rhipsalis sp.6 Suculenta Epífita endêmica Apêndice II Dados Nativa Cactaceae Rhipsalis sulcata F.A.C.Weber Suculenta Epífita insuficientes endêmica (IUCN);
45
CITES Apêndice II Menor preocupação Nativa Cactaceae Rhipsalis teres (Vell.) Steud. Suculenta Epífita (LC) (IUCN); endêmica CITES Apêndice II Critically Em perigo (EN) Rhipsalis triangularis Nativa Cactaceae Suculenta Litófita (IUCN); Werderm. endêmica CITES Apêndice II Vulnerável (VU) Schlumbergera truncata Nativa Cactaceae Suculenta Epífita / Litófita (IUCN); (Haw.) Moran endêmica CITES Apêndice II Menor Selenicereus preocupação Cactaceae anthonyanus (Alexander) D.R. Exótica Suculenta Epífita (LC) (IUCN); Hunt CITES Apêndice II Menor preocupação Selenicereus grandiflorus (L.) Cactaceae Exótica Suculenta Epífita / Litófita (LC) (IUCN); Britton & Rose CITES Apêndice II Selenicereus megalanthus (K. CITES Cactaceae Exótica Suculenta Epífita / Litófita Schum. ex Vaupel) Moran Apêndice II CITES Cactaceae Selenicereus sp. 1 Suculenta Epífita Apêndice II Vulnerável (VU) Weberocereus bradei (Britton Cactaceae Exótica Suculenta Epífita (IUCN); & Rose) G.D. Rowley CITES Apêndice II Em perigo Winterocereus aureispinus (F. (EN) Cactaceae Exótica Suculenta Litófita Ritter) Backeb. (IUCN); CITES
46
Apêndice II
Winterocereus colademononis CITES Cactaceae (Diers & Krahn) Metzing & R. Exótica Suculenta Epífita / Litófita Apêndice II Kiesling CITES Cactaceae Winterocereus sp. Suculenta Epífita / Litófita Apêndice II
Nativa Árvore Clusiaceae Clusia fluminensis (landscape Não listada endêmica pequena clone)
Nativa Árvore Clusiaceae Clusia fluminensis Planch. & Litófita Não listada endêmica pequena Triana
Litófita / Commelinaceae Callisia fragrans (Lindl.) Exótica Suculenta Não listada Terrestre Woodson Litófita / Commelinaceae Callisia repens (Jacq.) L. Exótica Erva Não listada Terrestre
Litófita / Commelinaceae Callisia warszewicziana Exótica Erva Não listada Terrestre (Kunth & Bouché) D. R. Hunt
Litófita / Commelinaceae Tradescantia pallida var. Exótica Erva Não listada Terrestre purpurea (Rose) D.R. Hunt Litófita / Commelinaceae Tradescantia zebrina Heynh. Exótica Erva Não listada Terrestre Nativa não Convolvulaceae Ipomoea pes-caprae (L.) R. Br. Liana Arenícola Não listada endêmica
Bryophyllum Crassulaceae Exótica Liana Epífita / Litófita Não listada beauverdii (Raym.-Hamet) A. Berger
Bryophyllum daigremontianum Litófita / Crassulaceae Exótica Suculenta Não listada (Raym.-Hamet & H. Perrier) Terrestre A. Berger Arbusto Litófita / Crassulaceae Crassula obliqua Aiton Exótica Não listada suculento Terrestre Litófita / Crassulaceae Exótica Suculenta Não listada Graptopetalum paraguayense Terrestre
47
(N.E. Br.) E. Walther
Litófita / Crassulaceae Kalanchoe fedtschenkoi Hamet Exótica Suculenta Não listada Terrestre & H. Perrier Litófita / Crassulaceae kalanchoe orgyalis Baker Exótica Suculenta Não listada Terrestre
Litófita / Crassulaceae Kalanchoe tubiflora Raym.- Exótica Suculenta Não listada Terrestre Hamet Quase em perigo (NT) Alluaudia procera (Drake) Árvore Litófita / Didiereaceae Exótica (IUCN); Drake suculenta Terrestre CITES Apêndice II Vulnerável (VU) (New Doryanthes palmeri W. Hill ex Litófita / South Wales Doryanthaceae Exótica Suculenta Benth. Terrestre Threatened Species Act, 1995) Menor preocupação Arbusto Litófita / Euphorbiaceae Euphorbia enterophora Drake Exótica (LC) (IUCN); suculento Terrestre CITES Apêndice II Arbusto Litófita / CITES Euphorbiaceae Euphorbia sp. 2 suculento Terrestre Apêndice II Arbusto Litófita / CITES Euphorbiaceae Euphorbia sp. 3 suculento Terrestre Apêndice II Árvore Euphorbiaceae Ricinus communis L. Exótica Terrestre Não listada pequena
Nativa Litófita / Iridaceae Neomarica caerulea (Ker Erva Não listada endêmica Terrestre Gawl.) Sprague Arbusto Litófita / Lamiaceae Rosmarinus officinalis L. Exótica Não listada grande Terrestre
Litófita / Melastomataceae Heterocentron elegans Exótica Liana Não listada Terrestre (Schltdl.) Kuntze
48
Nativa Arbusto Litófita / Melastomataceae Tibouchina heteromalla Não listada endêmica grande Terrestre (D.Don) Cogn.
Nativa não CITES Orchidaceae Aganisia cyanea (Schltr.) Erva Epífita endêmica Apêndice II Rchb.f. CITES Orchidaceae Arundina bambusifolia Lindl. Exótica Erva Terrestre Apêndice II Nativa CITES Orchidaceae Brassavola tuberculata Hook. Erva Epífita / Litófita endêmica Apêndice II Vulnerável (VU) (Martinelli & Nativa Orchidaceae Cattleya intermedia Grah. Erva Epífita / Litófita Moraes, endêmica 2013); CITES Apêndice II Em perigo (EN) (Martinelli & Nativa Orchidaceae Cattleya schilleriana Rchb. f. Erva Epífita Moraes, endêmica 2013); CITES Apêndice II
Coilostylis parkinsoniana CITES Orchidaceae Exótica Erva Epífita (Hook.) Withner & Apêndice II P.A.Harding
Nativa CITES Orchidaceae Cyrtopodium glutiniferum Erva Litófita endêmica Apêndice II Raddi CITES Orchidaceae Dendrobium anceps Sw. Exótica Erva Epífita Apêndice II Nativa não Litófita / CITES Orchidaceae Epidendrum ibaguense Kunth Erva endêmica Terrestre Apêndice II Menor preocupação Nativa não Orchidaceae Epidendrum secundum Jacq. Erva Epífita (LC) endêmica CNCFLORA; CITES
49
Apêndice II
Nativa CITES Orchidaceae Epidendrum sp. 1 Erva Litófita endêmica Apêndice II Least concern: Red Nativa list Orchidaceae Epidendrum vesicatum Lindl. Erva Epífita endêmica CNCFLORA; CITES Apêndice II
CITES Orchidaceae Myrmecophila tibicinis Exótica Erva Epífita Apêndice II (Bateman) Rolfe Nativa não CITES Orchidaceae Vanilla chamissonis Klotzsch Liana Epífita / Litófita endêmica Apêndice II Litófita / Pandanaceae Pandanus baptistii Misonne Exótica Erva Não listada Terrestre Árvore Pandanaceae Pandanus utilis Bory Exótica Terrestre Não listada pequena Menor Peperomia serpens (Sw.) Nativa não preocupação Piperaceae Liana Epífita Loudon endêmica (LC): Red list CNCFLORA
Nativa não Polypodiaceae Phlebodium decumanum Erva Epífita Não listada endêmica (Willd.) J. Sm.
Polypodiaceae Platycerium bifurcatum (Cav.) Exótica Erva Epífita Não listada C. Chr.
Xanthorrhoeaceae Exótica Suculenta Terrestre Aloe (longo) CITES Xanthorrhoeaceae Aloe aculeata Pole-Evans Exótica Suculenta Litófita Apêndice II Litófita / CITES Xanthorrhoeaceae Aloe arborescens Mill. Exótica Suculenta Terrestre Apêndice II Litófita / CITES Xanthorrhoeaceae Aloe aristata Haw. Exótica Suculenta Terrestre Apêndice II Litófita / CITES Xanthorrhoeaceae Aloe dawei A. Berger Exótica Suculenta Terrestre Apêndice II
Xanthorrhoeaceae Aloe petrophila Pillans Exótica Suculenta Litófita / CITES
50
Terrestre Apêndice II
Litófita / Xanthorrhoeaceae Aloe vera (L.) Burm. f. Exótica Suculenta Não listada Terrestre
3.3.1 Resultados da avaliação do crescimento vegetal
Todas as espécies de plantas avaliadas foram capazes de aumentar a área de superfície recoberta em relação à inicial ao longo das 10 semanas do experimento (R2 = 0,82 a 0,96; P <0,001). As nove espécies vegetais estudadas diferiram no crescimento relativo ao longo dos mais de 2 meses de experimento (fig. 3.8). As únicas exceções foram Agave gypsophylla e Neoregelia concentrica, com aumento apenas nas duas últimas semanas de acompanhamento. As espécies estudadas diferiam em crescimento relativo ao longo do experimento, conforme indicado pela comparação múltipla de inclinações (P = 0,023 a 0,0001). A maior taxa de recobrimento foi apresentada pela espécie Callisia repens, que mais do que triplicou a cobertura em relação à área inicial, com uma taxa de crescimento média de cerca de 500 cm2 / semana.
As estreitamente relacionadas Callisia fragrans e Callisia warszewicziana apresentaram taxas de crescimento mais baixas, de cerca de 5 a 20 cm2 / semana. Tradescantia pallida e Tradescantia zebrina também demonstraram crescimento estável e relativamente rápido, a primeira com cerca de 40 cm2 / semana e a segunda mostrando períodos dormentes ocasionais seguidos de recuperações rápidas variando de 10 a 40 cm2 / semana. Kalanchoe fedtschenkoi, por outro lado, aumentou a sua área coberta em 1,5 vezes em relação ao mesmo período, mostrando taxas de crescimento em torno de 7 cm2 / semana. Agave gypsophylla teve sua área de recobrimento aumentada apenas ligeiramente na última semana. A espécie de bromélia Neoregelia concentrica demonstrou aumento da cobertura de apenas 0,04 vezes. Echeveria gibbiflora apresentou crescimento variável em torno de 10 cm2 / semana.
51
3.5
3.0
2.5 (log área inicia 1) + (log área
2.0 coberta
1.5
área
de
1.0
0.5 Crescimento
0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Semanas
Figura 3.8 - Recobrimento de superfície exibido por nove diferentes espécies vegetais ao longo de 10 semanas crescendo sobre telhado verde. Dados são relativos à área inicial de cobertura no primeiro dia de experimento. Barras aparentes indicam desvio padrão. Simbolos: () Callisia repens; () Kalanchoe fedtschenkoi; () Callisia warszewicziana; () Callisia fragrans; () Tradescantia pallida; () Echeveria gibbiflora; () Tradescantia zebrina; () Agave gypsophylla; () Neoregelia concentrica; (n=1 a 3).
3.3.2 Resultados da comparação de custos
A instalação do sistema aqui proposto para telhado verde em três camadas teve custo aproximado de R$ 67,00/m2. Destes, o maior investimento (52%) foi na colocação da manta de impermeabilização, seguida da aquisição e plantio da vegetação (22%). O restante do custo envolveu mão de obra e compra de geotêxtil (4,5 e 6,5% cada item) (Tabela 3.2).
52
Tabela 3.2 – Comparação de custos da literatura com os levantados para instalação completa de um telhado verde em três camadas sobre telhado de 250m2. Note que o custo da membrana de impermeabilização inclui sua instalação específica.
Reproduzida de Rosseti et al., 2013:
Item Quantidade Preço Custo por m2
Geotêxtil marca Bidim RT10 253 m2 R$ 862,73 R$ 3,41
Geotêxtil marca Bidim RT16 253 m2 R$ 1.146,09 R$ 4,53
Membrana de impermeabilização marca 283,14 m2 R$ 10.482,70 R$ 37,02
Vinimanta® Sansuy 0,8mm (instalada)
Vegetação Aprox. 5 mudas / m2 R$ 3.525 R$ 15,0
Mão de obra 80 horas-homem a R$ 700,00 R$ 2,98
R$ 8,75 / h
2 Total R$ 16.716,52; R$ 66,87 /m
53
3.3.3 Resultados da avaliação morfo-fisiológica
Os parâmetros de suculência, além dos valores de rendimento quântico efetivo obtido por fluorescência da clorofila são mostrados nas figuras 3.9 e 3.10 abaixo, organizados por família botânica. O maior valor de suculência foi encontrado para o caule da espécie Opuntia ficus-indica (Cactaceae), ultrapassando os 19.000 g/m2 de tecido. Entretanto, a maior parte das espécies estudadas foi avaliada quanto à suculência foliar, que variou de 203,24 g/m2 em (Philodendron warszewiczii, Araceae) até 15.296,49 g/m2 em (Senecio crassissimus, Asteraceae). Em termos médios por famílias, os menores e maiores índices de suculência foliar foram 217,10 g/m2 e 6.876,72 g/m2, respectivamente para Araceae (Philodendron warszewiczii) e Xanthorrhoeaceae (Aloe arborescens). As famílias Bromeliaceae e Orchidaceae apresentaram suculência média de 989,75 g/m2 e 1.394,91 g/m2, respectivamente.
*
* * 1 6
14
4
1 55 2 5 4 2 1
Famílias botânicas
Figura 3.9 - Suculência para 114 espécies de plantas vasculares crescendo por 3 anos em telhado verde de 3 camadas. Números indicam quantidade de espécies analisadas por familia. Asteriscos comparam as famílias analisadas. Dados são média e desvio padrão por família.
O rendimento quântico efetivo foi medido ao longo do dia em dois períodos, manhã e também à tarde, quando os níveis de intensidade luminosa com capacidade
54
fotossintética (radiação fotossinteticamente ativa) superaram 1.800 mol m-2s-1. A grande maioria dos valores de rendimento quântico (expresso pelo parâmetro de Genty) esteve acima de 0,7 durante a manhã, com exceção para algumas espécies, por exemplo: Alocasia 'Amazonica' (Araceae); Chamaedorea seifrizii (Arecaceae); Sansevieria 'Alva', Sansevieria ehrenbergii (Asparagaceae); Aechmea amicorum, Aechmea cephaloides, Aechmea pectinata (Bromeliaceae) com valores de 0,55 a 0,68. Já durante a tarde, exceto para a família Clusiaceae, todas as espécies tiveram forte redução do rendimento, com valores menores até que 0,4. Casos extremos foram mostrados pelas espécies Pitcairnia sp. 1 (Bromeliaceae) e Heterocentron elegans (Melastomataceae) com valores reduzidos à tarde de 0,21 e 0,18. Tais dados mostram que ocorre fotoinibição durante o dia com recuperação durante a noite.
0.90 5 21 18 3 71 23 2 3 6 3 2 11 2 5
0.75
0.60
) ´
0.45
Fm/Fm
( 0.30
0.15
0.00
Famílias botânicas
Figura 3.10 - Rendimento fotoquímico (Fm/Fm') medido pela manhã (barras cheias) e à tarde (barras vazias) para 156 espécies. Dados são média e desvio padrão por família. Embora haja diferença significativa por família entre os valores de manhã e tarde (exceto para Clusiaceae) (P<0,05), não houve diferença dos valores da manhã entre as diferentes famílias, bem como
para os valores da tarde (P>0,05)
55
3.4 Discussão
No passado, telhados verdes eram construídos para o lazer e estética. Atualmente, no entanto, uma abordagem muito mais prática tem prevalecido (Henry & Frascaria-Lacoste, 2012), com ênfase em gestão de águas pluviais e redução de gastos com energia (Fioretti et al., 2010). A nova técnica de telhado verde aqui apresentada é comparativamente menos complexa e onerosa do que a MEG, além de sustentar o crescimento de plantas nativas e exóticas em condições tropicais. Comparando com MEG, a ausência da camada de drenagem foi contrabalançada por um telhado estrutural inclinado. Apesar de não haver uma barreira anti raiz específica, não ocorreu penetração das raízes no telhado estrutural e não houve punção detectável na membrana de impermeabilização. Isso pode ter sido evitado pela escolha adequada de plantas a partir de espécies com enraizamento superficial. Além disso, a camada de substrato foi substituída por um sistema de hidroponia baseado em inundação e vazante no geotêxtil superficial com enraizamento nas fibras do mesmo. Apesar do novo sistema proposto, ao menos inicialmente, prescindir de substrato ou solo, o mesmo se formará (Schrader & Böning, 2006) devido à deposição de matéria orgânica ou inorgânica (e.g., folhas mortas e material atmosférico) e poderá alterar positivamente as condições de cultivo em telhados verdes tropicais devido à maior retenção de umidade e nutrientes.
Resultados do crescimento das espécies e a diversidade sustentada demonstram o potencial de sistemas hidropônicos sem substrato de serem usados como importante tecnologia para telhado verde sob clima tropical, desde que uma seleção adequada de espécies seja realizada (Tan & Sia, 2009). A natureza semi-intensiva do telhado verde experimental facilitou a manutenção, associando a simplicidade dos sistemas extensivos com a acessibilidade e a vegetação mais proeminente dos intensivos (Magill et al., 2011).
56
3.4.1 Análise financeira
No caso específico do Brasil, foi encontrado estudo na literatura recente (Rosseti et al., 2013) que trata, dentre outras considerações, dos custos para instalação de telhados verdes no Brasil.
Desconsiderando-se o telhado estrutural (Laje de forro) e o gasto com irrigação:
319,33 – 169,84 – 2,00 = R$ 147,49 / m2
Comparando estes resultados ao que foi gasto para a instalação do telhado verde do presente estudo e mantendo o mesmo valor para a vegetação:
( R$ 66,87 / m2 ) verifica-se um valor inferior à metade, sendo 45,3% deste.
O estabelecimento generalizado de infra-estrutura de telhados verdes é essencial para a manifestação de seus benefícios ao nível do ecossistema urbano (Getter & Rowe, 2006; Carter & Fowler, 2008). A análise do ciclo de vida realizada por Wong et al. (2003 b) mostrou que, após 10 anos, um telhado plano convencional irá acumular um aporte maior de capital do que um telhado verde extensivo e que, depois de 40 anos, custará até 25% a menos do que para um telhado convencional (Clark et al., 2008). Uma vez que o investimento inicial é ainda 10 a 14% maior em um telhado verde do que para sua contrapartida convencional, uma redução de apenas 20% no custo de manutenção tornaria o telhado verde uma opção mais vantajosa (Carter & Keeler, 2008). A nova técnica proposta apresenta custo inferior à metade (45,3%) em relação ao telhado verde realizado com a técnica MEG convencional (Rosseti et. al, 2013). Este custo reduzido poderá facilitar a implementação de infra-estrutura de telhado verde em larga escala, beneficiando-se de instrumentos de política ambiental (Carter & Fowler, 2008). Estes resultados financeiros, adicionados ao potencial de redução em peso, reforçam a aplicabilidade desta nova técnica para ser utilizada como retrofit sobre vários tipos de superfícies de telhado pré-existentes (Castleton et al., 2010), desde que respeitadas as exigências estruturais de segurança.
57
3.4.2 Biodiversidade no telhado verde experimental
Köhler (2006) usando MEG sob um clima temperado encontrou um máximo de 64 espécies em um telhado verde de 200m2. Duzentos e dezoito táxons foram cultivados com sucesso no telhado verde experimental tropical, um número mais de três vezes maior apesar da redução na complexidade da técnica proposta. Isso indica que uma alta diversidade é possível, podendo ter sido sustentada por mecanismos de facilitação impulsionados por interações ecológicas planta-planta (Cook-Patton & Bauerle, 2012). As 12 espécies introduzidas do gênero Sedum não sobreviveram sob as condições tropicais testadas, apesar de seu amplo uso em telhados verdes sob clima temperado (Monterusso et al., 2005), enfatizando ainda mais a necessidade da escolha adequada de espécies para naturação tropical. Outro aspecto da alta diversidade introduzida na técnica de cobertura verde foi uma grande variação de formas de crescimento e dimensões das plantas, contribuindo para a amplificação de nichos sobre telhados verdes (Cook-Patton & Bauerle, 2012). O fato de que as várias formas de crescimento (ervas, suculentas, grandes arbustos, pequenas árvores, arbustos suculentos, lianas, árvores suculentas e pequenos arbustos) foram uniformemente distribuídas ao longo do verde estudado, favoreceram interações ecológicas positivas planta-planta. Por exemplo, os espécimes mais altos oferecem valiosa sombra e proteção contra o vento para os menores. Estes mecanismos de facilitação são bem conhecidos dos ecossistemas extremos, como desertos (Franco & Nobel, 1989), copas de árvores (Nieder et al., 2001) e planicies arenosas costeiras (Mantovani & Iglesias, 2001).
Tais fatos vão ao encontro da ideia de que um telhado verde, embora artificial, é um ecossistema dinâmico. Assim, pode explicar o desempenho superior de certas misturas de formas de vida, tais como "arbustos altos, gramíneas e suculentas" encontrados por Lundholm et al. (2010), quando comparado com as formas de vida plantadas individualmente no mesmo sistema de telhado verde. Estes autores sugerem que a complementariedade de nicho ou de mecanismos de facilitação podem ter uma forte influência sobre a biodiversidade da cobertura verde, envolvendo não só as plantas, como também a fauna (Brenneisen, 2006; Beatrice & Vecchia, 2011).
58
Proporções semelhantes de espécies nativas e exóticas sobreviveram ao experimento de três anos. Isso está relacionado ao fato das espécies nativas não serem, necessáriamente, sempre as melhores para se adaptar ou para serem usadas em telhados verdes e que a natividade, por si só, não confere melhores propriedades ecológicas para qualquer telhado verde (Dunnett, 2006).
3.4.3 Crescimento vegetal e morfofisiologia
O sucesso da técnica proposta foi baseado na escolha de plantas de habitat extremos: epífitas (Benzing, 1990), litófitas (Porembski & Barthlott, 2000) e psamófilas (Mantuano et al., 2006). As plantas cultivadas no telhado verde experimental tropical compartilham uma resistência à radiação solar superando 1.800 mmol m-2 s-1, desidratação periódica do meio de enraizamento, temperatura do ar superior a 40 °C e do meio de enraizamento superior a 60 °C, além de ventos fortes. Isto pode ser explicado pela alta frequência de metabolismo fotossintético CAM entre as espécies estudadas (Kluge, 1978) que, juntamente com suculência elevada, eleva a eficiência do uso da água (Lüttge, 2004). Suculência também pode gerar capacidade de tamponamento térmico (Ball et al., 1988) melhorando a sobrevivência sob altas temperaturas do ar e folhas (Leigh et al., 2012). Outras razões são os mecanismos alternativos eficientes de absorção de água e nutrientes, tais como tricomas foliares e velamen radiculares de Bromeliaceae e Orchidaceae (Benzing, 1990), respectivamente, respondendo por 42% da diversidade. Esses fatores contribuiram para a cobertura completa do telhado verde em cerca de dois anos, embora a introdução inicial de plantas tenha sido propositadamente esparsa e fertilizantes químicos ou orgânicos jamais tenham sido aplicados. As taxas de cobertura variaram de sete a 40 cm2 / semana (exceto para Callisia repens com 500) e nossas espécies com melhor desempenho foram Kalanchoe fedtschenkoi, Callisia warszewicziana, Callisia fragrans e Tradescantia pallida em ordem decrescente. Taxas de crescimento variando de 5 a 20 cm2 / semana foram encontrados com substrato de 7,5 e 10 centímetros de espessura usando cultivo MEG (Durhman et al. 2007; Bousselot et al. 2010). A escolha adequada de plantas pode
59 superar a barreira da ausência de substrato, conforme mostrado por taxas de crescimento semelhantes em relação à MEG. A sobrevivência de plantas no telhado verde não foi dependente de suculência, que variou de 20% das espécies abaixo de 500 g / m2 a 9% acima de 5.000 g / m2. Resultados semelhantes sob um clima australiano quente (Farrel et al., 2012) reforçam esta ideia: Sedum spurium teve a menor suculência (500 g / m2) e, apesar disso, sobreviveu a secas mais prolongadas que as espécies psamófilas nativas, como Disphyma crassifolium (Aizoaceae ) com 3.100 g / m2. Esta gama mediana correlaciona-se com cerca de 40% dos táxons no presente estudo e é, especificamente, semelhante aos nossos resultados para litófitas nativas, como Dyckia brevifolia (Bromeliaceae) com 3,495 g / m2. Subsequentemente, Farrel et al., (2013) demonstraram que litófitas nativas com suculência muito menor do que Sedum, tradicionalmente utilizados em telhados verdes podem também ser tolerantes a secas e, portanto, bons candidatos ao uso em telhados verdes.
Sobrevivência e crescimento no telhado verde experimental ocorreram apesar da fotoinibição diurna. A maioria dos valores de rendimento quântico foram inferiores a 0,5, quando medidos durante o início da tarde, mas foram seguidos por recuperação noturna para valores acima de 0,7 durante a manhã. Tal recuperação fotoquímica era esperada, uma vez mais com base na escolha de plantas adaptadas à irradiação solar tropical extrema sobre afloramentos rochosos expostos e galhos de árvores (Mattos et al., 1997).
Fluorescência de clorofila em telhados verdes também foi avaliada por numerosos autores (Durhman et al., 2006; Getter et al., 2009; Getter & Rowe, 2009; Nektarios et al., 2011; Rowe et al., 2014 e Provenzano et al., 2009) devido ao seu potencial para revelar e quantificar o estresse de plantas em tais ambientes extremos. Em geral, os valores de rendimento quântico diminuiram em plantas submetidas a estresse hídrico mais grave, tais como as cultivadas sob uma menor frequência de rega (Durhman et al., 2006). Os valores de rendimento também têm demonstrado um considerável grau de independência em relação à espessura do substrato (Getter & Rowe, 2009), mas foram maiores para as plantas cultivadas sob irrigação por aspersão (Rowe et al., 2014), tal como a empregada em nosso telhado verde experimental. Uma complexa interação de fatores abióticos influencia a sobrevivência e crescimento das plantas sob as condições extremas que prevalecem em telhados verdes
60 tropicais. Interpretações de caracteres isolados tais como a suculência, podem ser enganosas. Em vez disso, um grupo de caracteres agindo em conjunto são capazes de conceder resistência à seca, regulação térmica e recuperação da inibição fotoquímica. A escolha adequada de plantas é um elemento fundamental para a funcionalidade da nova técnica. No entanto, é inútil se privada de um fornecimento regular de água sob a forma de irrigação. Neste sentido, a rica biodiversidade tropical adaptada a extremos é uma aliada importante para a difusão da técnica aqui proposta, sendo capaz de fornecer uma imensa variedade de material vegetal variado para ser testado e adaptado a estes novos ecossistemas artificiais.
3.5 Conclusão
Telhados verdes hidropônicos livres de substrato são viáveis sob as condições extremas de climas tropicais úmidos, desde que a escolha de plantas seja baseada em espécies epífitas, litófitas e psamófilas de enraizamento superficial e seja aplicada irrigação em ocasiões de baixa pluviosidade. Este novo sistema, proveniente de uma extrema redução do MEG e consequente minimização do custo de materiais e mão de obra, oferece muitas vantagens sobre os sistemas tradicionais, incluindo o peso total reduzido, facilidade de manutenção e amplas possibilidades de “retrofit”.
61
Capítulo 4: Atenuação térmica em telhado verde hidropônico tropical e influência da espécie vegetal
4.1 Introdução
A crescente urbanização no Brasil se dá com a substituição da vegetação por superfícies construídas. Estas elevam as temperaturas e irradiam calor quando expostas ao sol (Voogt & Oke, 1997). Tal fato, aliado às altas concentrações locais de gases estufa (e.g., CO2 e metano) (Ribeiro, 2010), tem agravado nas cidades o fenômeno da “Ilha de Calor Urbana” (ICU) (Menon et al., 2008). Vale salientar que a ICU se torna um problema mais sério em climas tropicais (Wong et al., 2005) devido à radiação solar mais intensa (Searles et al., 1995), comprometendo a qualidade de vida de seus habitantes (Santt`ana Neto, 2011). A ICU nas três megacidades do sudeste brasileiro (São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte) já foi detectada e quantificada (Sant’anna Neto, 2011; Teza & Baptista, 2005; Ribeiro, 2010; Fuckner et al., 2009), constituindo formação clássica, ou seja, periferias mais frias do que o centro, com valores de temperatura que ultrapassam frequentemente os 40°C.
Áreas densamente urbanizadas e pobres em vegetação apresentam poucos espaços residuais para novos plantios (Susca et. al, 2011). Uma possível alternativa seria o verdejamento de telhados, os quais constituem de 20 a 25% da superfície urbana (Akbari et. al, 2003). Telhados verdes podem reduzir significativamente os efeitos do calor (Vecchia, 2005) através do uso eficaz de vegetação como anteparo térmico (Laar & Grimme, 2006).
É possível distinguir duas maneiras pelas quais a atenuação térmica ocorre em telhados verdes:
• Redução das temperaturas das superfícies do telhado, tanto externa (Köhler et al., 2002;. & Kumar Kaushik, 2005) quanto internamente (Vecchia, 2005).
• Atenuação dos fluxos de calor exterior-interior (Liu & Minor, 2005).
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Em edificações individuais, a redução do fluxo de calor exterior-interior (Liu & Minor, 2005) obtida via telhados verdes gera climas interiores confortáveis e estáveis (Barrio, 1998; Oberndorfer et al., 2007; Wong et al., 2003c), economizando energia para condicionamento de ar (Santamouris et al., 2007; Sailor, 2008; Getter et al., 2009). Já em escala local, o verdejamento simultâneo de telhados próximos (Carter & Fowler, 2008) reduz sua temperatura externa (Köhler et al., 2002; Kumar & Kaushik, 2005) e consequentemente ajuda a mitigar tanto o aquecimento local (Köhler et al., 2002; Kumar & Kaushik, 2005) quanto o efeito de ilha de calor urbana (Getter & Rowe 2006; Takebayashi & Moriyama, 2007; Getter et al., 2009).
Diversos estudos em telhados verdes (Köhler et al., 2002; Wong et al., 2003 a, c; Lazzarin et al., 2005; Vecchia, 2005; Kummar & Kaushik, 2005; Laar & Grimme, 2006; Santamouris et al., 2007; Sailor, 2008; Lundholm et al., 2010; Parizotto & Lamberts, 2011; Jim & Tsang, 2011a; MacIvor et al., 2011; MacIvor & Lundholm, 2011; Jim & Tsang, 2011c; Santos, 2012; Jaffal, et al., 2012) efetuaram ampla gama de registros sobre atenuação térmica (tabela 4.2). Entretanto, na sua maioria, o fazem sem avaliar o potencial efeito de diferentes espécies vegetais nesta atenuação.
Por exemplo, quatro estudos não fazem citações às espécies utilizadas (Laar & Grimme, 2006; Santamouris et al., 2007; Sailor, 2008 e Jim & Tsang, 2011a), em outros casos (Lazzarin et al., 2005; Köhler et al., 2002 e Santos, 2012) a citação é incerta (e.g., “misturas de espécies do gênero Sedum”). Com o objetivo de avaliar a atenuação térmica dos componentes abióticos de um cobertura verde, Jim & Tsang (2011c) propositadamente não usam qualquer tipo de vegetação. Já MacIvor & Lundholm (2011) testam e identificam monoculturas de 15 espécies nativas; enquanto Lundholm et al. (2010) o fazem com misturas de nativas e suculentas, ambos no Canadá.
Mais além, em MacIvor & Lundholm (2011), as unidades experimentais utilizadas são com vegetação plantada de forma separada em módulos de 36 x 36 cm e não em telhado verde em escala real.
A escassez de estudos em ambientes tropicais mostra que pouco se sabe sobre o efeito da morfologia e metabolismo vegetal ligado à cada espécie sobre a atenuação térmica, especialmente de espécies nativas dos trópicos. A maior parte dos estudos se
63 limitam a avaliar fatores gerais, isto é, que são propriedades independentes da espécie, tal como o índice de área foliar (leaf área index, LAI) (Kummar & Kaushik, 2005). O mesmo se dá para as poucas referências de atenuação térmica por telhado verde em clima tropical: Vecchia (2005) (SP, São Carlos) e Parizotto & Lamberts (2011) (SC, Florianópolis) mencionam uma espécie cada, Arachis repens Handro e Bulbine frutescens (L.) Willd, respectivamente. Wong et al. (2003c), através de um estudo desenvolvido em Singapura, identificaram no nível taxonômico de gênero as seis espécies avaliadas na forma de touceiras densas em telhado verde intensivo. Laar & Grimme (2006), em estudo desenvolvido no Rio de Janeiro, Sailor (2008) em estudo desenvolvido na Flórida e Jim & Tsang (2011c) em estudo desenvolvido em Hong Kong, embora realizando estudos na faixa tropical ou subtropical, não mencionam as espécies estudadas. Esta análise deixa bem claro o quanto o componente biológico, ou seja, a escolha das espécies vegetais, parece ser tratada em segundo plano nestes estudos, não obstante seu papel crucial na performance térmica de telhados verdes (Lundholm et al., 2010; Simmons et al., 2008; Oberndorfer et al., 2007; Castleton et al., 2010; Ouldboukhitine et al., 2011) que poderia inclusive ser espécie-dependente. Fatores potencialmente espécie-dependentes, portanto, tiveram seu papel sub-avaliados na implementação de telhados verdes em ambientes cuja a insolação térmica diária é alta. Diversas publicações sobre performances térmicas de telhados verdes foram analisadas (tabela 4.2) para a elaboração metodológica do presente estudo, levando-se em consideração seu instrumental e períodos de medições.
Estudos sobre a seleção de espécies vegetais, bem como comparativos entre espécies, para avaliação de seu uso em telhados verdes têm sido desenvolvidos principalmente em regiões de climas frios e temperados (Tan & Sia, 2009; Rayner et al., 2016; Durhman et al., 2006; Getter & Rowe, 2008 & 2009; Getter et al. 2009; Dunnett & Nolan, 2002; Dunnett et al., 2008; Lundholm et al., 2010). Para o Brasil, este tipo de estudos, com escolha de espécies, é praticamente inexistente, justamente onde as condições tropicais podem tornar o ambiente do telhado verde mais extremo do ponto de vista térmico. Mais além, a avaliação fisiológica das espécies escolhidas em telhados reais é igualmente escassa.
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A flora brasileira detém uma das maiores biodiversidades de plantas do mundo, com cerca de 56.000 espécies (Giulietti et al., 2013). Entre estas, há uma larga oferta de espécies que crescem enraizadas superficialmente em areia ou substrato orgânico pouco espesso, sob intensa radiação solar, altas temperaturas e secas periódicas. Os exemplares podem ser oriundos da flora psamófila em restingas (Mantovani & Iglesias, 2005), litófila (rupícolas) em campos rupestres (Alves & Kolbek, 2010) ou epífita em copas de árvores (Benzing, 1990). A seleção de espécies nestas condições se justifica pela semelhança às encontradas nos telhados verdes tropicais (Farrell et al., 2013).
O objetivo deste trabalho é comparar a atenuação térmica gerada por duas espécies diferentes de plantas vasculares, sendo uma exótica mexicana – Callisia fragrans, cujo gênero é frequentemente utilizado em telhados verdes (Tan & Sia, 2005) e outra espécie – Neoregelia compacta, litófita nativa do Brasil, assim como muitas outras do mesmo gênero (Leme & Silva, 2001). Paralelamente, o comportamento morfofisiológico de ambas espécies é descrito, visando sua caracterização detalhada ao longo de um ciclo diário de verão, onde o telhado verde atinge suas mais altas temperaturas. Este levantamento de atenuação térmica durou mais de um ano e aparentemente é o primeiro no Brasil a avaliar o potencial efeito espécie-dependente.
Adicionalmente, o efeito da presença do ciclo CAM na atenuação térmica, ciclo fotossintético exibido tanto em C. fragrans (Martin et al., 1994) quanto em N. compacta (Crayn et al., 2015), é avaliado ao se incoporar uma terceira espécie ao delineamento experimental, Tibouchina heteromalla, espécie não-CAM nativa da flora brasileira (Luttge et al., 2015).
4.2 Metodologia
4.2.1 Espécies estudadas
A espécie de Commelinaceae, Callisia fragrans (Lindl.) Woodson, nativa de costões rochosos no México, América Central e Colômbia foi comparada à Bromeliaceae tanque, Neoregelia compacta (Mez) L.B. Sm., nativa das restingas e costões rochosos do Estado do Rio de Janeiro.
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Tal avaliação foi realizada através de experimento térmico contínuamente monitorado durante mais de 1 ano em áreas específicas do telhado verde. Além disso, durante o verão de 2016 ambas espécies foram comparadas quanto às respectivas performances ecofisiológicas sob condições de telhado verde e controle (sobre solo, próximo à edificação, em local iluminado).
4.2.2 Avaliação da atenuação térmica
A avaliação da atenuação térmica relacionada às duas espécies foi realizada através de medidas de temperaturas superficiais do telhado verde em três áreas específicas: duas manchas monoespecíficas aproximadamente circulares com cerca de 1,6m de diâmetro de N. compacta e C. fragrans densamente entouceiradas e estabelecidas há dois anos, e uma mancha de formato e dimensões similares desprovida de vegetação, constituindo o controle amostral (fig. 4.1).
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A
*
B
Figura 4.1 - A. Planta de cobertura da edificação mostrando o posicionamento das manchas a serem termicamente avaliadas com o posicionamento dos termopares; B. Foto das três áreas de medidas térmicas. As setas indicam respectivamente de baixo para cima: touceira experimental de Callisia fragrans; área desnuda* para estimar o efeito da atenuação térmica; touceira experimental de Neoregelia compacta. Note os sensores térmicos instalados.
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Em cada uma das três áreas foram instalados seis sensores térmicos do tipo termistor ativo (Hiodo et al., 2007) com tensão de saída com temperatura de 0 °C: 500 mV; Resposta linear de 10mV/°C; Faixa de temperatura: -40 a +125 °C; acurácia de ±2°C (max.) na faixa de 0°C to +70°C encapsulados por tubo de aço inox de 6mm de diâmetro e isolados por resina epoxi para impermeabilização, seguindo a distribuição: três imediatamente sobre a superfície externa, o geotêxtil superior, abaixo da vegetação, quando presente e três na superfície interna do telhado, ou seja, da laje concretada, sobre os tijolos cerâmicos da mesma. Adicionalmente, dois sensores idênticos foram instalados a 1,5m do piso em local protegido de insolação (ABNT NBR 15220-3) para o monitoramento das temperaturas do ar interno e externo. Foi usado um sistema de aquisição de dados (datalogger) com capacidade para 20 canais, programado para registrar as leituras térmicas a cada 15 minutos. Através de ampla análise da literatura especializada, foram levantados os principais métodos de avaliação térmica em telhados verdes (tabela 4.2). O tipo de sensor escolhido foi o mesmo utilizado por Jim & Tsang (2011c) em telhado verde tropical e tem a vantagem de ser ativo, ou seja, seu sinal é amplificado, evitando assim flutuações artificiais de voltagem, traduzido para temperatura por indução eletro-magnética atuando sobre a longa fiação. Neste sentido, toda a fiação utilizada foi do tipo blindada, protegendo ainda mais o sistema de flutuações (tabela 4.1).
As medidas escolhidas para análise foram relativas a uma semana típica de verão e uma semana típica de inverno, realizadas com a casa desocupada e todas as portas e janelas fechadas, segundo os parâmetros da ABNT NBR 15220-3.
Para fins de robustez amostral na confecção de gráficos e análise dos dados térmicos aquisitados, as médias das temperaturas dos 3 sensores de cada uma das 6 áreas (três superfícies externas e três internas) de amostragem térmica foram calculadas, assim como o seu desvio padrão. As duas exceções consistem nos dados dos sensores de temperatura do ar interno e externo à edificação, por serem apenas um em cada local. De forma a manter a clareza na apresentação gráfica dos resultados, os desvios padrão foram suprimidos dos mesmos.
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4.2.2.1 Aferição dos sensores térmicos
A aferição das medidas fornecidas pelos sensores térmicos foi realizada através da correlação com um termômetro de bulbo com Hg modelo Incoterm, calibrado e certificado pelo Inmetro. Com o intuito de obter uma variação gradual da temperatura e correlacionar as medidas aquisitadas pelo sistema de “logger” comparando-as ao termômetro de bulbo, utilizou-se um bloco maciço de alumínio (fig. 4.2) em formato cilíndrico com dimensões de 8 cm de diâmetro e 8 cm de altura, dotado de três orifícios para o posicionamento dos sensores (igualmente espaçados em relação ao centro) e um outro orifício centrado à face superior, para colocação do termômetro de bulbo. Na face inferior do bloco, foi feito um orifício para o encaixe de um ferro se soldar. Cada tríade de sensores foi avaliada por vez, variando a temperatura do bloco de alumínio de 5 a 75 °C e medindo-se a temperatura a cada 5 °C. O bloco foi mantido termicamente isolado ao contato com o ar, através de invólucro de isopor. Inicialmente o bloco foi levado ao freezer a 0 °C, quando retirado e posto isolado ao ar, sua temperatura foi se elevando gradualmente até atingir a temperatura ambiente (cerca de 25 °C), quando foi ligado o ferro de soldar, cedendo calor ao bloco. Com base nos dados obtidos, foram traçados gráficos da correlação térmica. Para cada sensor foi determinado ajuste linear aos pontos, obtendo-se inclinação (coeficiente angular) e ponto de intercepção (coeficiente linear) da regressão linear. Estes parâmetros foram utilizados para a correção sobre os dados aquisitados pelo “datalogger”, que fornecia valores mensurados já convertidos em temperatura.
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Bloco
Termistor Termômetro Ferro de solda
Figura 4.2 - Bloco de alumínio utilizado para aferição dos sensores térmicos, em conjunto com ferro de soldar como fonte de calor e termômetro de bulbo como padrão para temperatura. Note que apenas um sensor termistor é mostrado para melhor entendimento.
Tabela 4.1 - Metragens das fiações blindadas utilizadas. Área de amostragem térmica Interno Externo Total
Neoregelia compacta 3 x 14m 3 x 14m 84m
Controle 3 x 12m 3 x 12m 72m
Callisia fragrans 3 x 11m 3 x 11m 66m
Total 222m
De acordo com Santos, (2012), a energia radiante (no caso radiação infravermelha) que um corpo (no caso a superfície interna da laje) emite pode ser calculada através da aplicação de um fator de emissão (Ɛ) à Lei de Stefan-Boltzman dada pela Equação: 4 Eb = Ɛ δ T em que T representa a temperatura absoluta, em Kelvin, δ a constante de Stefan- Boltzman (= 5,6697 × 10-8 W m-2 K-4) e Ɛ a emissividade, cujos valores estão 70
compreendidos entre 0 e 1 (Incropera & Witt, 1990). Desta forma, a emissão de infravermelho em W / m2 é proporcional à quarta potência da temperatura superficial, ou seja, caso esta dobre, por exemplo, de 20 °C para 40 °C, a emissividade será multiplicada por 24, ou seja, será 16 vezes maior. Neste caso, também segundo Santos, (2012), a transmissão de calor se dá por condução através da espessura de 16cm do concreto e seu cálculo foi normatizado no Brazil pela NBR 15220 de 2003:
Cálculo da Resistência térmica da Laje:
Rt = Espessura do concreto / ƛ concreto
ƛ (W/m.K), condutividade térmica, para o concreto: 1,75
Espessura de 0,16m
Rt = 0,16m / 1,75 W/m.K = 0,091 (m2. K)/W
Transmitância térmica (U) = 1/Rt
U = 10,94 W/(m2. K) (K = gradiente térmico)
Desta forma, de posse do gradiente térmico gerado pela insolação entre as superfícies externa e interna da laje, K = Text – Tint , é possível calcular a transmitância térmica, ou seja,o fluxo de calor do exterior para o interior, responsável pela elevação da temperatura da superfície interior da cobertura, calor este que será transmitido na forma de radiação infravermelha para o ar interno, afetando diretamente os usuários da edificação. Daí a importância de termos sensores térmicos em ambas as superfícies.
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Tabela 4.2 - Estudos térmicos em telhado verde
Publicação Local Estrutura do Vegetação Instrumentação Período de Estação Albedo da telhado térmica medições Meteorológica vegetação Vecchia, 2005 SP, São Laje pré-moldada Grama esmeralda Termopares tipo T 4 a 10 de Campbell Scientific, Não avaliado Carlos cerâmica vegetada (Paspalum (cobre-constantin): outubro de datalogger CR10X, (inclinada?) X laje notatum) 2004 com ampliação por (5?) pré-moldada 3 na superfície ênfase em multiplicador de 32 Módulos de cerâmica Provavelmente interior e 1 a 1m do 9/10 (dia de canais AM 416 2,3 x 2,7 x inclinada (cor conta com piso notável calor 2,6m branca), telhas de irrigação, porém pré-frontal) fibrocimento, seu telhas de cerâmica funcionamento e telhas de aço não foi comentado galvanizado no artigo Wong et al., Singapura Jardim intensivo Gramíneas, 2 Yokogawa data 25 de outubro 2 dispositivos para Radiação sobre 2003c Prédio sobre laje arbustos e árvores loggers, DAQstation a 10 de aquisição de dados, vegetação e comercial concretada plana, DX200, e fios de novembro de Babuc A, e sensores caminhos avaliados baixo contendo Medidas térmicas termopares para a 2001. Dados para medida de com “sensores (quantos canteiros e feitas sob 6 medida de de 3 e 4 de temperatura de ar solares” na posição andares?) caminhos espécies: temperaturas em 6 novembro ambiente, normal e depois sem pavimentados. Heliconia, “spider áreas (registro a cada 5 usados por Temperatura de pendurados de sombreame Substrato de 30 ou lily” minutos) serem dias globo, umidade cabeça para baixo ntos por mais cm de (Hymenocallis abertos relativa e velocidade a 30cm de altura prédios espessura sp.), Ophiopogon, temperaturas do vento laterais Raphis, superficiais de: Pandanus, caminhos, solo nú, Fluxo de calor foi Erythrina solo vegetado, abaixo calculado do solo, superfície Provavelmente interna da laje conta com irrigação, porém temperatura do ar: seu dentro do forro e funcionamento ambiente interno não foi comentado no artigo temperatura e umidade relativa do ar em 3 alturas (30cm, 60cm e 1m) acima dos caminhos e da vegetação
Parizotto & SC, Laje pré-moldada Bulbine frutescens Sistema de aquisição 1 a 7 de Posicionada Lamberts, Florianopol cerâmica plana de dados com registros março de próxima à casa 2011 is, Casa vegetada (14cm Sem irrigação a cada 3 minutos 2008 e 25 a medindo Eficiente substrato) 20m2 X (pelo menos não 31 de maio de radiação solar telhas de cerâmica mencionada no Internamente 2008 global,
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36 m2 X telhas de artigo) temperatura do ar a (edificação umidade relativa e aço galvanizado 1,5m de altura, desocupada) temperatura do ar, 66 m2 superfície do teto e velocidade do vento fluxo de calor entre e esta e ar interno pluviosidade
Externamente superfície de telhados e paredes
Teto verde: termopares T/AWG 24/PVC na base da vegetação, meio do substrato (junto com sensor de umidade), meio da camada de drenagem e superfície interna (junto com fluxímetro de calor) Santos, 2012 Portugal, 2 chapas Telhado verde Temperaturas na Das 17:00 do Temperaturas e Não avaliado Aveiro galvanizadas extensivo superfície da cobertura dia 15 de umidade relativa reforçadas por da célula medidas por novembro às externas Célula de tubos Mistura de Sedum 2 termopares Pt100 3F 16:00 do dia monitoradas com teste de 7 x galvanizados e (de 4 a 8 espécies) 20 de sonda HD 9008 TR 2,35 x separadas por 8cm sem irrigação Internamente 2 sondas novembro contendo sensor 2,57m com de fibra de vidro, para temperatura e capacitivo para U.R. a fachada substrato de 8 a umidade 907021/21 H6100 e termopar sul 12cm de marca JUMO Pt100, tudo dentro envidraçada espessura, marca de proteção em Siro Roof, húmus, 2 Fluxímetros de calor anéis 0,5m acima da turfa e marca Hukseflux, cobertura fertilizantes modelo HFP01 Piranômetro LP PYRA 03 medindo Módulos de aquisição radiação solar de dados marca horizontal ICPDAS Anemômetro marca Davis, modelo 3R420020-KIT 1m acima da cobertura Jim & Tsang, Hong Laje plana Bosque intensivo, Sensores de umidade 4 dias típicos Sensores de Não avaliado 2011a Kong, concretada com 20 árvores do solo (S-SMC, escolhidos temperatura do ar prédio de reforçada, solo de plantadas com 2-3 Onset Hobo) a 10, 50 e para análise (S-TMB, Onset 10m de 1m de espessura m alt., atingindo 90cm de profundidade de dados: Hobo) a 15 e 160cm altura com 5-10m de altura + lã de rocha no centro 30 de março de altura no telhado de Construção final de 2009 controle, centro e 120m2 finalizada no final Sensores de (ensolarado borda de 2007 e plantio Irrigação temperatura do solo primavera); na primavera de funcionando todos (S-TMB, Onset Hobo) 25 de março Sensores de 2008 os dias exceto os a 10, 50 e 90cm de de 2009 umidade relativa e
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de chuva profundidade + (chuvoso ponto de orvalho do revestimento (abaixo primavera); 2 ar (S-THB, Onset da barreira anti-raiz) de agosto de Hobo) a 15 e 160cm no centro 2009 de altura no (ensolarado controle, centro e Sensores de verão); 5 de borda temperatura do interior agosto de do concreto da laje 2009 Piranômetro (S-LIB, (8160.TF, Lufft) no (chuvoso Onset Hobo) no centro e borda verão); 26 de controle setembro de Sensores de 2009 Anemômetro (S- temperatura por (ensolarado WCA, Onset Hobo) infravermelho (SI-111, outono); 28 no controle Apogee) medindo: de setembro Temperatura de 2009 superficial do solo sob (chuvoso vegetação de forração outono); 4 de no centro e borda e janeiro de Temperatura 2009 superficial da copa das (ensolarado árvores no centro e inverno); 29 borda de dezembro de 2009 (chuvoso inverno)
Lazzarin et al., Italia, Laje plana Sedum, plantado à Termômetros de solo Verão de Piranômetro silicone Não avaliado 2005 Vicenza, concretada partir de sementes (termopares Cu-C) 2013 (3 de fotodiodo Hospital S. pré-misturadas ao junho a 27 de Bortolo, 20cm de solo solo Termômetros de ar julho) Termo-higrômetro telhado sobre camada interno (termopares sensor RTD verde drenante de 11cm Cu-C) Inverno de capacitivo extensivo composta por 2004 (21 de de 1000m2 polietileno Sensores de umidade janeiro a 11 Pluviômetro (balde expandido do solo (resistivos) de março) móvel)
Köhler et al., Alemanha, Convencionais x Sedum (30%) e Sensor de superfície 1 a 15 de Não mencionada Não avaliado 2002 Berlin e verdes nas 2 musgos não sombreado (bt 2) maio de 2000 Neubrande localidades (Neubrandenburg) (Neubrandenb nburg Sensor de superfície urg) sombreado (brita) (tbod1) Sensor de superfície sombreado (verde) (tbod2)
Temperatura do substrato (bt 1)
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Temperatura do ar a 1m (tlm)
MacIvor et al., Canada, 190 Módulos Monoculturas e Hand-held Taylor Entre 10:30 e Ausente Par de piranômetros 2011 Nova plásticos diferentes 9878 Slim-Line Pocket 13:30 de posição fixa LI- Scotia, drenantes combinações de: Thermometers 24 Julho, 29 200SL LI-COR (LI- Halifax (Botanicals Empetrum (Commercial Agosto, 17 COR Biosciences, Nursery LLC, nigrum, Solutions Inc., Setembro Lincoln, NE, USA), Wayland, MA, Danthonia Edmonton, AB, 2007 e 25 com o piranometro USA) forrados spicata, Canada) usados para Junho 2008 de baixo com barreira anti Sibbaldiopsis medir temperatura na Localizado a 25 cm raiz e retentora de tridentata, superfície do substrato acima do solo água com 36 × 36 Vaccinium (ca. 1cm cm. Com 6cm de macrocarpon, profundidade) no meio substrato Scirpus de cada módulo cespitosus, Kalmia polifolia Lundholm et Canada, 150 Módulos Monoculturas e Hand-held Taylor 3 dias Ausente piranômetro LI- al., 2010 Nova plásticos diferentes 9878 Slim-Line Pocket ensolarados 200SL LI-COR (LI- Scotia, drenantes combinações de: Thermometers de 2009: 27 COR Biosciences, Halifax (Botanicals (Commercial Maio Lincoln, NE, USA), Nursery LLC, Campanula Solutions Inc., , 31 Julho e Ca. 35cm acima do Wayland, MA, rotundifolia (tall Edmonton, AB, 27Agosto substrato, girado USA) forrados forb) Canada) usados para 180 graus com barreira anti Danthonia spicata medir temperatura na raiz e retentora de (grass) superfície do substrato água com 36 × 36 Deschampsia (ca. 1cm cm. Com 6cm de flexuosa (grass) profundidade) no meio substrato Empetrum nigrum de cada módulo (creeping shrub) Gaultheria procumbens (creeping shrub) Poa compressa (grass) Plantago maritima (tall forb) Sedum acre (Suculenta) Solidago bicolor (tall forb) Sagina procumbens (creeping forb) Rhodiola rosea (Suculenta)
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Sedum spurium (Suculenta) Vaccinium vitis- idaea (creeping shrub) MacIvor & Canada, 160 Módulos Monoculturas de Hand-held Taylor Terceira Ausente piranômetro LI- Lundholm, Nova plásticos 15 espécies 9878 Slim-Line Pocket semana de 250A (LI-COR 2011 Scotia, drenantes nativas da Nova Thermometers Maio, Julho, Biosciences, Halifax (Botanicals Escócia: (Commercial Agosto, Lincoln, NE, USA), Nursery LLC, Carex Solutions Inc., Setembro e Ca. 35cm acima do Wayland, MA, argyranthra Edmonton, AB, Outubro de substrato, girado USA) forrados Carex nigra Canada) usados para 2009 180 graus com barreira anti Danthonia spicata medir temperatura na raiz e retentora de Deschampsia superfície do substrato água com 36 × 36 flexuosa (ca. 1cm cm. Com 6cm de Festuca rubra profundidade) e da substrato Luzula multiflora base do substrato no Aster novae-belgii meio de cada módulo Solidago bicolor Solidago puberula Fragaria virginiana Arctostaphylos uva-ursi Empetrum nigrum Sibbaldiopsis tridentata Vaccinium angustifolium Vaccinium marcocarpon Sailor, 2008 Florida, Plano, 1500 pés Plantas com 0,5m Não especificada 2005, 8336 Presente, mas não Não avaliado Universida quadrados, outra de altura, LAI = 5 horas especificada de central metade como da controle
Jim & Tsang Hong 2% de inclinação Sem vegetação Thermister type Durante 18 (Onset Hobo) Não avaliado 2011c Kong, base com barreira sensores de meses a partir registrando: Universida anti-raiz em 3 temperaturas de solo de março de temperatura do ar, de de tipos com 1m de (S-TMB, Onset Hobo, 2008 ponto de orvalho, largura (compr. Pocasset, MA, USA) Pluviosidade, ?): instalados nas 3 velocidade e direção 5cm de solo; superfícies de solo, no do vento e radiação 5cm de solo + fundo dos módulos solar 2,5cm de (acima da barreira drenagem; 5cm de anti-raiz) e nas solo + 4cm de lã transições entre de rocha (fibra de camadas silicato) + 2,5cm de drenagem Sensores de umidade
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de solo (S-SMC, Onset Hobo) instalados no meio da camada de solo
Registro por data loggers (H21, Onset Hobo) em intervalos de 15 minutos Santamouris et Grécia, Plano com as Especificadas Dataloggers miniatura 4/9/2002– Ausente Não avaliado al., 2007 Atenas camadas: apenas como para temperatura (3 no 12/12/2002 geotextil, nativas térreo e 4 no primeiro membrana de “selvagens” com andar) impermeabilizaçã apenas 40% de o, geotextil, lã de cobertura Umidade relativa e rocha e substrato temperatura externa medida com EBRO Tamanho? 200 higrometro / termômetro Laar & Brasil, RJ, 4 telhados com 40 espécies não 2 dataloggers não 9 meses, Apenas precipitação Avaliado apenas o Grimme, 2006 Rio de 4m² (1 x 4m) listadas especificados apenas dados do substrato e dos Janeiro cada, sendo 2 de registrando: de 7 e 9 de telhados nus concreto com 9cm Temperatura e janeiro de espessura umidade relativa do ar publicados (10cm substrato) e dentro e fora dos 2 de fibrocimento protótipos, (9cm substrato), temperatura do fundo em cada tipo, um do substrato dos vegetado e outro telhados de concreto e não temperaturas superficiais internas Todos com 2% de dos 4 telhados inclinação
O experimento se localiza no município de Niterói (22º 55' S; 42º 58' W; 150 m.s.m.) próximo aos limites com os municípios de Maricá e São Gonçalo. A estação meteorológica mais próxima é a de São Gonçalo. Dados climatológicos da mesma foram levantados de forma a subsidiar o entendimento da performance térmica da edificação e estão apresentados no anexo 1.
77
4.2.3 Avaliação do estado fisiológico das espécies vegetais crescendo no telhado verde experimental
As espécies Callisia fragrans, Neoregelia compacta e Tibouchina heteromalla foram selecionadas e comparadas quanto às medidas de conteúdo de pigmentos foliares, fluorescência da clorofila e parâmetros de aquisição de carbono e perda d´água, de modo a permitir a avaliação do estado fisiológico dos indivíduos crescendo na condição ambiental do telhado verde. As duas primeiras espécies foram escolhidas por também terem sido as utilizadas nas avaliações térmicas e a terceira por ter metabolismo diferenciado. As temperaturas da folha e do ar circundante imediatamente à folha foram registradas de modo a refletir o resfriamento realizado pelo metabolismo das três espécies selecionadas. Os registros das temperaturas foram feitos com sensores do tipo “termopar” acoplados à câmara do sistema de análise de gases, durante o mesmo período de análise dos parâmetros de fotossíntese e transpiração. A subtração simples da temperatura do ar circundante e da temperatura superficial da folha a cada hora de medição foi utilizada como parâmetro-resultado. Foram utilizadas réplicas das espécies crescendo no telhado verde e sobre substrato comum (solo) em irradiação incidente similar. O conteúdo de pigmentos foliares contido nas folhas reflete o grau de exposição luminosa e a qualidade do espectro luminoso aos quais a folha está sujeita. Adicionalmente, é possível perceber o reflexo da pobreza nutricional do ambiente na taxa de síntese destes compostos pelas plantas. Dez amostras foliares de peso e área conhecidos foram tomadas dos indivíduos experimentais para cada espécie (C. fragrans, N. compacta e T. heteromalla) tanto crescendo na condição “telhado verde” quanto na condição solo, denominada “controle”. O conteúdo de pigmentos foliares foi extraído em cinco mililitros de álcool etílico absoluto durante 10 dias. Em seguida, as absorbâncias nos comprimentos de onda de 665,1, 649,1 e 480 nanômetros foram mensuradas em espectrofotômetro (Shimadzu, mod. UV-1800). As concentrações de clorofila a, clorofila b e carotenóides totais foram estimadas através das equações de Lichtenthaler & Wellburn (1983).
78
Estimativas do comportamento ecofisiológico da fotossíntese foram realizadas ao longo de 36hs entre os dias 22 e 23 de Março de 2016 (IRGA) e nos dias 27 e 30 de janeiro e 15 de fevereiro de 2016 (flourescência de clorofila). Para estas avaliações também foram utilizados como tratamento “controle” indivíduos localizados fora do telhado verde, ao lado da casa e sobre solo, sob condições semelhantes de luminosidade. O tratamento “telhado verde” teve o mesmo número amostral, sendo cinco indivíduos para cada espécie estudada. Os parâmetros selecionados foram relativos ao rendimento fotoquímico, balanço hídrico e balanço de carbono. Estes dois últimos expressos nos -1 - parâmetros de condutância estomática (mmol H2O.m .s 1) e assimilação fotossintética -1 -1 máxima (µmol CO2. m .s ), respectivamente. Na avaliação do rendimento fotoquímico foram utilizados indicadores obtidos por fluorescência da clorofila, usando um fluorímetro de amplitude modulada (MINI- PAM, H. Walz, Effeltrich, Germany). Usando adaptadores, regiões pariciais das folhas foram escurecidas por 15 minutos pela manhã, às 8:30, recebendo depois um pulso saturante de luz para determinação dos parâmetros Fo e Fm (respectivamente fluorescência da antena e quântica máxima), com os quais é possível determinar o rendimento quântico máximo no escuro pela fórmula (Fm-Fo)/Fm. Paralelamente, o rendimento quântico máximo sob luz actínica foi determinado sem escurecimento foliar, com obtenção dos parâmetros Ft e Fm’ (respectivamente fluorescência transiente sob luz, e fluorescência quântica máxima sob luz), com os quais é possível determinar o rendimento quântico efetivo, ou parâmetro de Genty, pela formula (Fm’-Ft)/Fm´. Por fim, com estes parâmetros é possível avaliar a existência de mecanismos supressores de fluorescência, que competem e protegem o sistema fotossintético da fotoinibição, através da fórmula (Fm-Fm’)/Fm, que calcula a supressão não-fotoquímica da fluorescência (Maxwell & Johson, 2000). Os parâmetros que refletem a perda de água e aquisição de dióxido de carbono, citados anteriormente como condutância estomática e assimilação fotossintética, foram medidos ao longo de um curso diário completo, em intervalos de quatro horas com equipamento de análise das trocas gasosas por infravermelho (IRGA, Walz, modelo GFS3000). Cinco indivíduos de cada espécie crescendo no telhado (grupo experimental) e cinco indivíduos crescendo em solo (grupo tratamento) foram selecionados. As medições ocorreram em data selecionada por permitir que as 24h antecedidas à medição fossem de atmosfera de sol pleno e umidade relativa do ar abaixo de 80%. A seleção desta condição ambiental garante a completa redução dos ácidos carbônicos presentes
79 nas espécies Callisia repens, Neoregelia compacta, que possuem o metabolismo fotossintético do tipo CAM (metabolismo ácido das crassuláceas). Desta forma, a assimilação fotossintética que foi comparada entre as espécies (Callisia repens, Neoregelia compacta - metabolismo fotossintético tipo CAM - e Tibouchina heteromalla - metabolismo fotossintético tipo tradicional C3) contém o valor permitido pelo máximo da utilização do aparato bioquímico de redução do carbono na fotossíntese. Os parâmetros de assimilação fotossintética e a condutância estomática foram medidos em luz incidente de 1000µmol m-2 s-1 RFA (fluxo de fótons de radiação fotossinteticamente ativa) e atmosfera simulada de saturação de 20.000 ppm de vapor d’água e 380 ppm de dióxido de carbono. Cada medição de trocas gasosas foi uma amostra composta de 5 valores obtidos no intervalo de três minutos para garantir a robustez na representatividade da amostra (Cornelissen et al., 2003).
4.3 Resultados
Os gráficos de correlação térmica (para cada sensor) demonstraram que os ajustes não alteraram a correlação entre as medidas, tornando-as apenas acuradas ao valor do termômetro de referência. Os valores dos erros encontrados foram aceitáveis por não ultrapassarem 1°C para mais ou para menos em desvio relacionado à reta de melhor ajuste para a faixa de temperaturas analisada. Apenas nos extremos de temperaturas os erros tendem a ser maiores. Conclui-se que as tríades de sensores, com seus resultados agrupados em gráficos após a aplicação dos ajustes, revelaram boa adequação à regressão linear e erros estatísticos aceitáveis (fig. 4.3).
80
80
3 C) o 70 2 60
50 1
40
0
Erro
Temperaturareferência ( 0 10 20 30 40 50 60 70 80 30
-1 20
10 -2
0 0 20 40 60 80 -3 Temperatura sensores (oC) Temperatura sensores (oC)
Figura 4.3 - Exemplos de gráficos de correlação térmica para as temperaturas superficiais internas de Callisia fragrans. A. ajuste à reta base. B. estatística de erros. Sensor 1 (); Sensor 2 ();Sensor 3 ().
4.3.1 Avaliação da atenuação térmica
A partir da extensa base de dados térmicos aquisitados, foram selecionados dois períodos de quatro dias cada para confecção de gráficos e análise de dados: de 22 a 26 de dezembro e de 25 a 29 de junho de 2015 por representarem, segundo a norma NBR 15220 de 2003, dias típicos de verão e inverno, respectivamente.
No verão, as temperaturas médias máximas das superfícies externas foram atingidas por volta das 14:00hs, havendo significativa atenuação térmica nas áreas vegetadas do telhado verde experimental em relação ao controle desprovido de vegetação (fig. 4.4 A). As reduções de temperatura foram mais pronunciadas para Neoregelia compacta (em torno de 35°C) e mais brandas para Callisia fragrans (em torno de 25°C). Verificou-se uma grande elevação de temperatura na área de controle (por vezes superando 70°C), apesar de suas temperaturas mais baixas serem apenas ligeiramente inferiores às das áreas vegetadas.
81
Já as temperaturas médias superficiais internas apresentaram seu pico por volta das 19:00hs (fig. 4.4 B), atraso térmico este devido à espessura da laje concretada, além de ter sido mais branda (variando de três a sete °C a menos que o controle, aproximadamente) em relação às atenuações constadas nas superfícies externas. A diferença entre as espécies também foi bem menos pronunciada, porém Neoregelia compacta se mostrou consistentemente mais atenuadora térmicamente nos períodos mais quentes que Callisia fragrans, apesar da diferença ser de apenas, aproximadamente, um a dois °C.
Os picos de temperatura do ar interno ocorreram por volta das 17:00hs (fig. 4.4 C), verificando-se uma atenuação de cerca de seis a sete °C nos períodos mais quentes em relação ao ar externo. Interessante notar que, igualmente, nos períodos mais frios, por volta das 8:00hs, o ar interno permaneceu mais aquecido que o externo em valores semelhantes.
As figuras 4.5 A, B e C apresentam estes resultados de forma diversa, comparando as temperaturas médias superficiais externas e internas para cada uma das três áreas de avaliação térmica, ficando mais evidente o atraso térmico em torno de seis horas.
Nota-se um elevado acoplamento entre os valores da figura 4.6, demonstrando que a temperatura do ar interno à edificação experimental é regida pelas temperaturas de suas superfícies internas vegetadas.
82
70 C A
60 Cf
C)
o (
Nc 50
40 Temperatura 30
20
42 C B
39
C) Cf o
36 Nc
Temperatura ( 33
30 42 C
AE
C) o 36 AI
Temperatura ( 30
24 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
22/12 23/12 Hora e data de amostragem 24/12 25/12
Figura 4.4 - Gráficos de temperatura (°C) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de verão (de zero horas do dia 22/12/2015 à zero horas do dia 26/12/2015). A. Temperaturas superficiais externas; controle (); Callisia fragrans (); Neoregelia compacta (). B. Temperaturas superficiais internas; controle (); Callisia fragrans (); Neoregelia compacta (). C. Temperaturas do ar interno () e externo (). Dados são média (n=3). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
83
54 A
48 EXT
C) o INT 42
36 Temperatura ( 30
24 B 36
EXT
C) INT o 33
30 Temperatura ( 27
24
80 C
70
C) o 60
50 EXT
INT Temperatura ( 40
30
20 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 22/12 23/12 24/12 25/12 Hora e data de amostragem Figura 4.5 - Gráficos de temperatura (°C) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de verão (de zero horas do dia 22/12/2015 à zero horas do dia 26/12/2015). A. Temperaturas da superfície externa () e interna () de Callisia fragrans. B. Temperaturas da superfície externa () e interna
84
() de Neoregelia compacta. C. Temperaturas da superfície externa () e interna () do controle. Dados são média (n=3). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
38
36
C)
o
(
34
32 Temperatura
30
28 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 22/12 23/12 24/12 25/12 Hora e data de amostragem
Figura 4.6 - Gráficos de temperatura (°C ) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de verão (de zero horas do dia 22/12/2015 às zero horas do dia 26/12/2015). Temperaturas das superfícies internas de Callisia fragrans (); Neoregelia compacta () e do ar interno (). Note o elevado acoplamento entre os valores. Dados são média (n=3) para C. fragrans e N. compacta, enquanto para ar interno (n=1). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
Durante o inverno, as temperaturas médias máximas das superfícies externas foram atingidas por volta das 13:00, havendo significativa atenuação térmica nas áreas vegetadas do telhado verde experimental em relação ao controle desprovido de vegetação (fig. 4.7 A). As reduções de temperatura foram mais pronunciadas para Neoregelia compacta (em torno de 25°C) e mais brandas para Callisia fragrans (em torno de 20°C). Verificou-se uma elevação relativamente grande, porém inferior à do verão em cerca de 20°C, de temperatura na área de controle (por vezes superando 50°C), apesar de suas temperaturas mais baixas serem mais pronunciadamente inferiores às das áreas vegetadas do que no verão.
Já as temperaturas médias superficiais internas apresentaram seu pico por volta das 14:00 (fig. 4.7 B), atraso térmico inferior ao constatado no verão, além de ter sido mais branda (variando de dois a três °C, aproximadamente) em relação às atenuações constadas nas superfícies externas. A diferença entre as espécies também foi bem menos
85 pronunciada, sendo também menos nítida, apesar de aparente em alguns períodos, a atenuação térmica superior de Neoregelia compacta.
Os picos de temperatura do ar interno ocorreram por volta das 14:00 (fig. 4.7 C), verificando-se uma atenuação de cerca de dois a três °C nos períodos mais quentes em relação ao ar externo. Interessante notar que, igualmente, nos períodos mais frios, por volta das 7:00, o ar interno permaneceu mais aquecido que o externo em valores próximos a sete °C.
As figuras 4.8 A, B e C apresentam estes resultados de forma diversa, comparando as temperaturas médias superficiais externas e internas para cada uma das três áreas de avaliação térmica.
Nota-se um elevado acoplamento entre os valores da figura 4.9, apesar de não tão pronunciado quanto o observado no verão, demonstrando que a temperatura do ar interno à edificação experimental é regida pelas temperaturas de suas superfícies internas vegetadas.
86
A
60
C) 50
o
(
40 C Cf 30
Temperatura Nc 20
10
45 B
40 C
C)
o (
35 Cf Nc 30 25 Temperatura 20 15 10
30 C EXT
INT
C) 25 o
20 Temperatura ( 15
10 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 25/06 26/06 27/06 28/06 Hora e data de amostragem
Figura 4.7 - Gráficos de temperatura (°C ) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de inverno (de zero horas do dia 25/6/2015 às zero horas do dia 29/6/2015). A. Temperaturas superficiais externas; controle (); Callisia fragrans (); Neoregelia compacta (). B. Temperaturas superficiais internas; controle (); Callisia fragrans (); Neoregelia compacta (). C. Temperaturas do ar interno () e externo (). Dados são média (n=3) para A, B, C, enquanto para C (n=1). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
87
40 A 35
EXT C) o 30 INT 25
20 Temperatura ( 15 10 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
B 29 EXT
27
C) INT o 25 23 21
Temperatura ( 19 17 15 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
60 C 50 EXT
INT C) o 40
30 Temperatura ( 20
10 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 25/06 26/06 27/06 28/06 Hora e data de amostragem
Figura 4.8 - Gráficos de temperatura (°C ) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de inverno (de zero horas do dia 25/6/2015 às zero horas do dia 29/6/2015). A. Temperaturas da superfície externa () e interna () de Callisia fragrans. B. Temperaturas da superfície externa () e interna () de Neoregelia compacta. C. Temperaturas da superfície
88
externa () e interna () do controle. Dados são média (n=3) para A, B, C, enquanto para C (n=1). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
40
35
C)
o 30
(
25
20 Temperatura
15
10 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 25/06 26/06 27/06 28/06 Hora e data de amostragem
Figura 4.9 - Gráfico de temperatura (°C ) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de inverno (de zero horas do dia 25/6/2015 às zero horas do dia 29/6/2015). Temperaturas das superfícies internas de Callisia fragrans (); Neoregelia compacta () e do ar interno (). Note o elevado acoplamento entre os valores. Dados são média (n=3) para C. fragrans e N. compacta, enquanto para ar interno (n=1). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
Os fluxos de calor apresentados na figuras 4.10 A, B e C demonstram um decréscimo dos fluxos de calor exterior-interior respectivamente do controle para Callisia fragrans para Neoregelia compacta, revelando, mais uma vez e de outra maneira, a atenuação térmica superior desta última.
89
12 A
8
)
2 - 4
0 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
-4 Fluxo Fluxo de calor(Wm -8
-12 22/12 25/12
90
B 12
8
)
2 - 4
0 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
-4 Fluxo Fluxo de calor(Wm -8
-12
50 C
40
) ) 2 - 30
20
10
0
Fluxo Fluxo de calor(Wm 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 -10
-20
Hora e data de amostragem
Figura 4.10 - Gráficos de fluxo de calor (W / m2) do telhado verde experimental durante quatro dias típicos de verão (de zero horas do dia 22/12/2015 às zero horas do dia 26/12/2015). A. controle (); B. Callisia fragrans (); C. Neoregelia compacta (). Dados são média (n=3). O desvio padrão foi suprimido para maior clareza do gráfico.
91
4.3.2 Avaliação do estado fisiológico das espécies vegetais crescendo no telhado verde experimental
A irradiação luminosa recebida pela folha pode ser convertida em energia fotoquímica ou ser reemitida na forma de calor (radiação de onda longa) ou, em pequena parte, por emissão de fluorescência. Uma porção significativa do resfriamento térmico dá-se por evaporação de água através principalmente dos estômatos, além da cutícula. As diferenças entre as temperaturas da superfície foliar e do ar circundante podem refletir a capacidade de manutenção da temperatura apresentada para cada espécie. As três espécies crescendo no telhado apresentaram aumento de temperatura entre seis e sete graus acima do ar circundante no meio do dia. Crescendo no solo, no mesmo horário, as três espécies, apresentaram aumento entre 2,5 e quatro graus acima do ar circundante (fig 4.11 A, B e C).
Durante a noite, T. heteromalla, crescendo no telhado, apresentou valores similares de temperatura foliar dos indivíduos crescendo no solo, no final da tarde (fig 4.11 C). C. fragrans mesmo durante toda a noite, não apresenta valores de delta de temperatura entre a folha e o ar similares entre os tratamentos “telhado verde” e “controle” (fig 4.11 B). N. compacta atinge valores similares entre os tratamentos por volta de duas horas após o entardecer (fig 4.11 A).
92
8 A 7
6
C) o 5
4
Tamb Tamb ( -
C) C) 3 o 2
1 C (Tfolha (Tfolha C (
o 0 T
Δ 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
8 B 7
6 TamboC)
- 5 4 3
C (TfolhaoC C 2
o T
Δ 1 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
12 C
10
TamboC) 8 - 6 4
2
ToC ToC (TfolhaoC Δ 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Tempo (h)
Figura 4.11 – Diferenças de temperatura entre a superfície foliar e o ar ambiente para Callisia fragrans, Neoregelia compacta e Tibouchina heteromalla crescendo nas situações experimentais “telhado verde” () e “controle” com plantas crescendo em solo (). O símbolos representam as médias ± desvio padrão (n=5).
93
Os valores de clorofila a e b, bem como a razão clorofila a/b foram diferentes entre as espécies (F=45.000; P<0,05) mas não entre as condições estudadas (F=2,109; P=0,159), não revelando assim interação entre os fatores espécie x condição (F=1,417; P=0,262). Logo, para uma mesma espécie, o conteúdo de pigmentos foi semelhante tanto no telhado verde quanto na condição controle (fig. 4.12). Entretanto, T. heteromalla superou em 2 a 3 vezes as outras duas espécies quanto ao conteúdo de clorofilas a e b, mas não para razão clorofilas a/b onde todas as espécies foram iguais. A única exceção foi para N. compacta que apresentou maior razão a/b entre as plantas da situação controle (P<0,05). Em relação aos carotenóides T. heteromalla também apresentou maiores valores, seguida de C. fragrans e N. compacta que também diferiram entre si (P<0,05).
94
40 A 40 B
35 35
30 30
)
)
2
2
- -
25 25
gcm
gcm
μ μ 20 20
15 15
Clorofila ( a Clorofila Clorofila ( b Clorofila 10 10
5 5
0 0 T. heteromala N. compacta C. fragrans T. heteromala N. compacta C. fragrans
4 C 10 D
9
) 2 - 8
3 gcm
7 μ
6
2 5
4
Razão clorofila a/b clorofila Razão 3 1
2 Carotenoides+Xantofilas ( Carotenoides+Xantofilas 1
0 0 T. heteromala N. compacta C. fragrans T. heteromala N. compacta C. fragrans
Figura 4.12 - Conteúdo de clorofilas e carotenóides totais de plantas cultivadas em telhado verde. Símbolos: = telhado verde; = controle. A - Clorofila a. B – Clorofila b. C – Razão clorofila a/b. D – Carotenoides e xantofilas. Símbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=5).
95
40 A 100 B 2000 C
C)
°
) 1 - 1600
35 s 2 75 - 1200
30 molm
800 50 (
25 400
RFA RFA Umidade do ar (%) ar do Umidade
Temperatura do ar ( ar do Temperatura 20 25 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia Hora do dia Hora do dia
100 2000
40
D E F
C)
)
° 1
80 -
s 1500
35 2 - 60
30 1000 molm
40
25 20 500
RFA ( RFA Umidade do ar (%) ar do Umidade 20 0 Temperatura do ar ( ar do Temperatura 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia Hora do dia Hora do dia
2000
100 G 40 H I
)
C)
1
-
°
s 2 80 35 - 1500
1000
60 30 molm
(
40 25 500 RFA RFA
20 20 0
Umidade Umidade do(%) ar Temperatura do ar ( ar do Temperatura 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia Hora do dia Hora do dia Figura 4.13 - Curva diária dos fatores abióticos. Temperatura do ar (A, D, G), Umidade relativa do ar (B, E, H) e Radiação fotossinteticamente ativa (400- 700nm) (RFA) (C, F, I) para A-C: Neoregelia compacta; D-F: Callisia repens; G-I: Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=3). Barra indica período noturno.
96
Os fatores abióticos, temperatura do ar, umidade relativa do ar e RFA (radiação fotossinteticamente ativa) estão descritos na figura 4.13, caracterizando o microambiente próximo a cada uma das espécies estudadas, em seus respectivos ambientes de telhado verde e controle. Como esperado, os fatores temperatura do ar e RFA foram maiores durante o dia, em oposição à umidade relativa do ar. Para todas as espécies e condições (telhado verde x controle), a média da temperatura do ar variou entre 32 e 36oC durante o dia e 23-25oC durante a noite. Valores extremos de temperatura e umidade do ar durante um dia típico de verão no telhado verde chegaram respectivamente a 41oC e 33 % de umidade relativa, enquanto RFA superou por vezes 1800mol m-2 s-1.
Os parâmetros de fluorescência da clorofila indicam maior grau de fotoinibição para as plantas crescidas sobre o telhado verde em comparação à situação controle. As duas plantas com metabolismo CAM (N. compacta e C. fragrans) apresentaram menor diferenciação entre tratamentos do que T. heteromalla, com metabolismo C3. Tal fato é evidenciado pelos menores valores de rendimento quântico máximo (Fv/Fm) das plantas no telhado verde, após relaxamento do ciclo de transportadores de elétrons por 15 minutos no escuro. O ciclo diário mostra valores de Fv/Fm mais baixos durante o dia, com recuperação dos valores a noite. A espécie C. fragrans apresenta a maior variação entre os períodos diurno e noturno. Embora com menos variação entre os tratamentos, N. compacta também apresenta tal variação. Já a espécie T. heteromalla apresenta estabilidade de Fv/Fm em cada tratamento. O mesmo padrão é seguido pelos valores de rendimento quântico das plantas adaptadas a luz (Fm/Fm´), sem relaxamento dos transportadores de elétrons. Embora haja clara recuperação noturna destes valores, ela é limitada. Os valores de Fm/Fm´ deveriam se aproximar aos de Fv/Fm na parte da manhã. Tal limitação ocorreu principalmente nas espécies CAM, com valores matinais de Fm/Fm´ sempre abaixo de 0,60. Tão logo o dia inicia, a incidência luminosa induz forte redução do rendimento quântico sob luz, principalmente em C. fragrans cultivada no telhado verde.
Por fim, houve clara variação diária do parâmetro relaxamento não fotoquímico (NPQ), para todas as espécies. Embora não haja variação entre tratamentos (telhado verde x controle), houve variação interespecífica. Os maiores valores de NPQ foram
97 apresentados pelas espécies CAM em comparação com a espécie C3. Ao longo do dia os valores de NPQ apresentam descréscimo, voltando a crescer com o começo do dia.
0.90 A 0.80 0.70
0.60
0.50 Fv/Fm 0.40 0.30 0.20 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
0.90 B 0.80 0.70
0.60
Fv/Fm 0.50 0.40 0.30 0.20 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia 0.90 C 0.80 0.70
0.60
0.50 Fv/Fm 0.40 0.30 0.20 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia Figura 4.14 - Curva diária da eficiência quântica máxima (Fv/Fm) de plantas cultivadas em telhado verde. A- Neoregelia compacta. B – Callisia repens. C – Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=3). Barra indica período noturno.
98
0.90 A 0.80 0.70
0.60
´ 0.50 0.40
Fm/Fm 0.30 0.20 0.10 0.00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
0.90 B 0.80 0.70 0.60
0.50 ´ 0.40
0.30 Fm/Fm 0.20 0.10 0.00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
0.90 C 0.80 0.70
0.60
´ 0.50 0.40
Fm/Fm 0.30 0.20 0.10 0.00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
Figura 4.15 - Curva diária da eficiência quântica efetiva (Fm/Fm´) de plantas cultivadas em telhado verde. A- Neoregelia compacta. B – Callisia repens. C – Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=3). Barra indica período noturno.
99
10 A
8
6
NPQ 4
2
0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia 10 B
8
6
4 NPQ
2
0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia 10 C 8
6
4 NPQ 2
0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Hora do dia
Figura 4.16 - Curva diária da extinção não fotoquímica (NPQ) da fluorescência da clorofila de plantas cultivadas em telhado verde. A- Neoregelia compacta. B – Callisia repens. C – Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=3). Barra indica período noturno.
100
Os resultados da avaliação das trocas gasosas na folha mostram diferença entre os valores de transpiração estomática e assimilação fotossintética de plantas cultivadas em telhado verde, quando comparadas entre as espécies ou com as cultivadas em substrato comum (solo).
As plantas de ciclo fotossintético CAM, C. fragrans e N. compacta, apresentaram perda de água cinco vezes menor em comparação à espécie de metabolismo C3, T. heteromalla (fig. 4.17). A perda de água pelos estômatos de C. fragrans é ainda muito mais restritiva, com valores máximos próximos a 20 -2 -1 mmol.H2O.m .s , quando comparada à N. compacta, com valores máximos ao redor de -2 -1 90 mmol.H2O.m .s .
As espécies CAM apesar de restringirem fortemente a condutância estomática durante o dia, mantiveram uma transpiração basal, que foi especialmente importante para as trocas gasosas realizadas no final da tarde e início da manhã. Porém, esta abertura diurna dos estômatos apresentou valores muito baixos em C fragrans (1-2 -2 -1 -2 -1 mmol.H2O.m .s ) e baixos em N. compacta (5 mmol.H2O.m .s ). Para ambas espécies CAM, o cultivo sobre telhado verde não limitou a transpiração estomática, o que pode ser observado na maior transpiração observada às 2:00hs para as duas espécies, quando indivíduos crescendo no telhado são comparados com os crescendo em substrato comum.
De maneira oposta, o crescimento sobre o telhado verde foi fortemente limitante para a transpiração estomática de T. heteromalla, espécie de ciclo fotossintético C3 Sobre esta condição, a transpiração estomática foi cerca de três a quatro vezes menor do que a situação controle. Ainda assim, a transpiração de T. heteromalla chegou à média de 50 mmol m-2s-1 durante o dia. Padrões semelhantes foram encontrados para assimilação fotossintética das espécies estudadas (fig. 4.18). Assimilação de carbono nas plantas CAM ocorreu principalmente durante a noite, porém com valores baixos na tarde anterior e manhã seguinte, sob luz do dia. Ao contrário da transpiração estomática, as plantas sobre telhado verde apresentaram forte restrição fotossintética se comparadas ao controle. Para a espécie CAM, N. compacta, os valores máximos do gráfico A (fig. 4.18) para controle e telhado verde foram respectivamente 2 e 0,76 mmol m-2s-1. Para a espécie T. heteromalla a restrição fotossintética imposta pelo cultivo sobre telhado
101 verde foi semelhante em taxa, mas não em valores brutos: no controle o máximo valor médio de A foi de 26 mmol m-2s-1, reduzindo para 9 mmol m-2s-1 no telhado verde.
Os resultados de transpiração e assimilação mostram padrões evidentes: as espécies CAM estudadas são menos afetadas em valores médios pelo cultivo em telhado verde se comparadas à T. heteromalla. Entretanto esta espécie C3, mesmo com redução quando cultivada em telhado verde, apresenta valores médios superiores de transpiração e fotossíntese, exibidos durante o dia, em comparação às plantas CAM.
102
A
120
)
1 100
-
.s 2
- 80 0.m 2 60
40 (mmol (mmol H
20 H2O
G 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 -20 Hora do dia (h)
B
120
) 1
- 100
.s 2
- 80 0.m 2 60
40 (mmol (mmol H
20
H2O 0 G 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 -20 Hora do dia
C 350
300
)
1 -
.s 250
2 -
200 0.m 2 150 100
50
(mmol (mmol H
0 H2O G -5006:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 -100 Hora do dia
Figura 4.17 - Curva diária da transpiração estomática de plantas cultivadas em telhado verde. A- Neoregelia compacta. B – Callisia repens. C – Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=5).
103
3.00 A
2.50
1)
- 2.s
- 2.00
1.50
1.00
0.50
0.00 Assimilação Assimilação (µmCO2.m 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 -0.50 Tempo (h)
199.50 B
1) -
149.50
2.s -
99.50
49.50 Assimilação Assimilação (µmCO2.m
-0.50 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Tempo (h)
29.5 C
) 1
- 24.5
.s
2
- .m
2 19.5
14.5 (µmCO
9.5
4.5 Assimilação
-0.5 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 Tempo (h)
Figura 4.18 - Curva diária da assimilação fotossintética de plantas cultivadas em telhado verde. A- Neoregelia compacta. B – Callisia repens. C – Tibouchina heteromalla. Simbolos: = telhado verde; = controle. Dados são médiadesvio padrão (n=5).
104
4.4 Discussão
Verificou-se uma significativa atenuação térmica do ar interno em relação ao externo tanto no verão, quanto no inverno, conforme o esperado e extensivamente comprovado por diversos estudos (Niachou et al., 2001; Santamouris et al., 2007; Sailor, 2008; Getter et al., 2009 Barrio, 1998; Oberndorfer et al., 2007 e Wong et al., 2003), uma das principais vantagens dos telhados verdes sobre os convencionais (Liu & Minor, 2005). Durante o presente experimento térmico foram registradas temperaturas cerca de 5°C mais amenas nos períodos mais quentes do dia durante o verão e temperaturas cerca de 10°C mais elevadas nos períodos mais frios da noite durante o inverno. Estes resultados são bastante expressivos uma vez que diferenças muito menores são geralmente registradas, tais como uma redução de apenas 0,5 a 1°C (apesar de ser entre cômodos e não em relação ao ar externo) registrada por Parizotto & Lamberts, (2011). Módulos experimentais com e sem cobertura verde foram analisados térmicamente por Vacilikio e Fleiscfresser (2011), que encontraram reduções de apenas em torno de 1°C para as temperaturas do ar interno sob clima tropical. Niachou et al., (2001), sob clima mediterrâneo, registraram reduções em torno de 2°C para o ar interno em edificações reais com telhados verdes em relação à outras com cobertura tradicional.
Os resultados de resfriamento foram observados no presente estudo mesmo com a ausência de substrato na técnica utilizada. Isto reforça o fato de que a vegetação é a principal promotora deste efeito, por utilizar a energia luminosa incidente em reações fotoquímicas concomitante ao sombreamento da superfície do telhado (Ouldboukhitine et al., 2011), além de promover perdas térmicas por evaporação direta da água acumulada nos tanques de bromélias e pela evaporação estomática.
Este efeito da evaporação sobre a redução de temperaturas superficiais ocorre em telhados independentemente de vegetação, conforme constatado por Wanphen & Nagano, (2009) através do estudo de materiais porosos contendo umidade. Entretanto, as reduções de cerca de 7°C são significativamente inferiores às de cerca de 30°C levantadas no presente estudo, apesar da ausência de substrato, provavelmente devido aos efeitos relacionados diretamente à vegetação tais como sombreamento e aumento da superfície de evaporação, o que intensifica o resfriamento em relação à evaporação simples (Voyde et al., 2009).
105
Já a influência do substrato sobre as reduções de temperatura se mostra proporcional à sua espessura e conteúdo de água, além de incrementada pela vegetação, conforme constado por Nardini et al., (2012) em clima temperado e por Jim & Peng, (2012 b) em clima tropical. Uma redução de temperatura entre 15 e 20°C da superfície do substrato em relação ao telhado estrutural exposto foi encontrada por Wong et al., (2003). Os dados obtidos neste estudo, quando comparados a estes mencionados, corroboram a eficácia da nova técnica de telhados verdes estudada em atenuar temperaturas, já que o faz de maneira significativa, apesar de ausência de substrato.
A atenuação térmica na superfície externa em relação ao controle desprovido de vegetação na ordem de 30°C para Neoregelia compacta e 20°C para Callisia fragrans são compatíveis, embora ainda mais expressivos, com resultados para telhados verdes com substrato medidos sob vegetação com folhagem densa sob clima tropical (Wong et al., 2003c) e subtropical (Parizotto & Lamberts, 2011).
A presença de água também foi um fator promotor de atenuação térmica superficial externa em nosso estudo, já que, contida nos tanques foliares da bromélia Neoregelia compacta, provavelmente poderia explicar o fato de que a mesma reduz a temperatura da superfície externa de 8 a 15°C para além das reduções de Callisia fragrans, a qual não acumula água entre as folhas. A água dos tanques, formados pelas bainhas foliares, está diretamente exposta à atmosfera e, portanto, disponível para evaporar e, com isso, carrear calor para fora do sistema (Jim & Peng, 2012 a e b).
A atenuação térmica da superfície externa se reflete na superfície interna mais ou menos tardiamente dependendo da espessura total do telhado estrutural e das transmitâncias térmicas transversais e horizontais. Tal espalhamento horizontal de calor provavelmente pode explicar as perdas de definição das diferenças expressivas entre as temperaturas superficiais externas sob N. compacta e C. fragrans que passam a ser pouco perceptíveis. Apesar disso, as temperaturas superficiais internas são ainda nitidamente inferiores para N. compacta durante o verão. Já em relação ao controle, ocorre redução consistente de temperatura para as duas áreas vegetadas da ordem de 5°C nos dias mais quentes, resultado muito semelhante ao encontrado por Parizotto & Lamberts (2011) com cerca de 4°C de redução.
106
Importante também é evidenciar que a temperatura do ar interno permaneceu muito próxima das temperaturas superficiais internas vegetadas durante boa parte do período de medições, principalmente durante o verão, flutuando muito menos que as temperaturas do ar externo. Isso demonstra que a temperatura do interior da edificação se correlaciona muito mais fortemente à temperatura de sua cobertura vegetada do que à temperatura do ar externo, um efeito também constatado por Vacilikio & Fleiscfresser, (2011). De fato, a temperatura do ar no interior da edificação fechada parece estar regida pelos ganhos térmicos oriundos da radiação correspondente aos comprimentos de onda do espectro na região do infravermelho (100 a 100.000 nm), já que os ganhos por convecção seriam dificultados pelo fato da fonte de calor estar em cima (superfície interior da laje vegetada). Outro fato importante a ser mencionado é o de que as máximas superficiais internas ocorrem algumas horas após as máximas superficiais externas devido ao atraso térmico gerado pela espessura de 16cm do concreto da laje.
O fluxo de calor, calculado por: U = 10,94 W/(m2. K) (K = gradiente térmico) se mostrou positivo (de fora para dentro) durante um período de tempo muito maior para o controle sem vegetação, por menos tempo para C. fragrans e próximo de zero na maior parte do tempo ou negativo (de dentro para fora) para N. compacta, apesar de ocorrerem breves períodos positivos. Isto evidencia de outra forma, ainda mais nítida, a atenuação térmica superior desta bromélia-tanque.
O uso de bromélias tanque é, portanto, altamente benéfico do ponto de vista térmico em telhados verdes tropicais devido ao seu potencial superior para gerar atenuação térmica. A diversidade brasileira da família Bromeliaceae é imensa, com mais de 1.300 espécies, sendo cerca de 1.200 endêmicas (Forzza et al., 2016), muitas das quais epífitas, litófitas e psamófilas adaptadas à condições extremas e, portanto, com potencial para sobreviver e crescer em telhados verdes (Mantovani & Iglesias 2001). Neste ponto é preciso esclarecer que, apesar de conterem água permanentemente em seus tanques foliares, a mesma não constitui criadouro de mosquitos do gênero exótico Aedes que atuam como transmissores de doenças virais, conforme demonstrado por estudo envolvendo ampla amostragem (Mocelin et al., 2009). Isto se dá, provavelmente, pela competição com inúmeros insetos nativos e predadores, tais como Odonata, além das bromélias tanque secretarem substâncias tóxicas às larvas dos mosquitos do gênero Aedes (Maria das Graças et al., 2015).
107
Entre os elementos mais visíveis dos biomas neotropicais estão membros da família Bromeliaceae, com a maior taxa de diversificação no leste do Brasil (Givnish et al., 2014). Bromélias são únicas por possuirem tricomas foliares capazes de absorção direta de água e nutrientes, além de muitos que têm tanques de captação de água em sua roseta foliar, apresentando, assim, uma relativa independência em relação ao solo e muitas vezes tendo raízes limitadas a um papel de fixação (Benzing 1990). Estas características tornam as bromélias fortes candidatas a serem testadas em sistemas de cobertura verde hidropônica desprovidas de substrato. Outra possibilidade derivada da sua capacidade de armazenamento de água é a substituição da água retida na camada de drenagem do sistema MEG, eliminada na nova técnica apresentada no cap. 1 que é responsável por um adicional de 10-20% em relação ao que armazena o substrato (Tan & Sia, 2009). O volume acumulado pode chegar a 45 litros para as maiores espécies de bromélias (Guimaraes-Souza et al., 2006), apesar de, em média, raramente exceder 2 litros por roseta foliar. Em um ambiente de restinga, a quantidade máxima de água acumulada em bromélias atingiu 3,294.8 l / ha (Cogliatti-Carvalho et al., 2001), 0,32 l / m2. Mas a restinga é um ambiente extremamente heterogêneo, muitas vezes com a areia exposta entre manchas de vegetação, estatísticamente jogando esse valor para baixo na sua amostragem de 98 áreas de 100m2. Mas Cogliatti-Carvalho et al. (2001) também constataram que Neoregelia cruenta, por exemplo, acumula uma média de 432ml de água por roseta. Se um arranjo denso for considerado, tal como um telhado verde, cerca de 20 rosetas / m2 podem estar presentes, resultando num acúmulo de cerca de 9 l / m2. Com a irrigação por aspersão utilizada no telhado verde experimental, os tanques de bromélias estarão plenamente cheios a maior parte do tempo, devido à sua alta eficiência em captar e armazenar água (Zotz & Thomas, 1999). Este grande volume de água está diretamente exposto ao ar e pode, assim, evaporar facilmente e independentemente de abertura estomática. Nos momentos de forte irradiação solar, quando a intensidade da transferência de calor para o edifício é máxima, tal água pode evaporar, levando consigo grande parte deste calor.
A avaliação do estado fisiológico das plantas que são utilizadas na cobertura do telhado verde permite apontar as espécies de melhor chance de sobrevivência e perenidade frente às condições adversas impostas pela estrutura civil. Especialmente, na técnica utilizada neste estudo, houve a redução da camada de substrato, o que poderia intensificar o estresse fisiológico. Tipicamente, os vegetais precisam lidar com a
108 irradiação de energia luminosa, que em excesso e, se combinada a outros fatores, tais como excesso de temperatura e restrição hídrica, podem levar à fotoinibição, com desnaturação de proteínas ligadas à fotossíntese (Takahashi & Murata, 2008) e, por fim, perda de biomassa foliar.
A seleção de espécies oriundas de ambientes rupícolas (C. fragrans e N. compacta) e de metabolismo CAM poderia ser de caráter ambíguo, porque embora sejam espécies que suportam a restrição hídrica através do fechamento estomático durante os períodos de maior evaporação do dia (Luttge, 2004), o aumento da temperatura provocado por este fechamento é responsável por forte aumento da temperatura foliar, contribuindo para a perda de parte do aparato bioquímico da fotossíntese, em um fenômeno conhecido como fotoinibição (Osmond, 1994) e, em especial, para plantas CAM como “depressão do meio-dia” (Luttge, 2004). O ambiente do telhado verde atua como um fator sinérgico ao aumento de temperatura, ao qual o aparato bioquímico da fotossíntese necessita de resistência.
Ao se observar os resultados de desacoplamento da temperatura folha-ar, C. fragrans foi a única espécie cujos indivíduos do telhado verde não resfriaram durante a noite aos mesmos valores de temperatura que os indivíduos crescendo no solo (fig. 4.11), o que, sem dúvida, está relacionado aos menores valores de perda de água através dos estômatos (condutância estomática) (fig. 4.17). Depois da reflectância direta da energia luminosa na superfície foliar, a perda de energia térmica por evaporação é a maior componente de re-emissão de energia para o ambiente pelas lâminas foliares (Lambers et al., 2008; Larcher, 2000). A espécie nativa, N. compacta, foi capaz de manter altas taxas de evaporação, provavelmente, auxiliada pela reserva de água do tanque, que fornece estoque além da suculência foliar interna e cria microambiente de menor demanda evaporativa do ar (Silvera & Lasso, 2016). A demanda evaporativa apresentada pelos estômatos de T. heteromalla (de ordem três a cinco vezes maior que as outras duas espécies estudadas) foi compatível com o metabolismo C3. É possível observar que já no final da tarde (16:00h) as temperaturas foliares do telhado verde estão resfriadas a valores similares às plantas crescendo no solo.
A influência da temperatura sobre a fotossíntese pode levar a danos que iniciam com a desnaturação de proteínas (D1 no centro de reação do PSII) e desorganização das membranas dos tilacóides e chegam à quebra de clorofila pela incapacidade de
109 incorporar o excesso de energia (Hendry et al., 1987). As concentrações de pigmentos fotoativos avaliadas para as espécies deste estudo não foram influenciadas pela condição do telhado verde. De fato, a perda de pigmentos fotossintéticos parece ser mais intensa quando os fatores “alta temperatura” e “radiação intensa” são somados (Feierabend et al., 1992; Valladares & Pearcy, 1997), o que ocorre para a condição telhado verde. Entretanto, este efeito está relacionado à fotoinibição do tipo crônica, isto é, quando o tempo e intensidade de exposição aos fatores estressantes é tal que causa prejuízo estrutural ao aparato fotossintético (Krause, 1988).
A eficiência quântica máxima (Fv/Fm), ou seja, a eficiência em absorver quanta de luz quando todos os fotossistemas II estão abertos (Araújo & Deminicis, 2009), mostrou que as três espécies passaram por fotoinibição durante o dia, entretanto, em intensidades distintas. T. heteromalla, espécie nativa não-CAM, foi a que mostrou a maior distinção entre as condições telhado verde e controle, com cerca de 30 % de perda na eficiência quântica máxima. De fato, a eficiência quântica efetiva também seguiu a forte queda no telhado verde, acompanhada de aumento na dissipação não-fotoquímica. Este estresse do aparato fotoquímico, reflete na redução da assimilação final de carbono a 25% no telhado verde (fig. 4.18). Isto é, embora seja capaz de colonizar e permanecer no telhado verde, a espécie não-CAM tem uma redução muito mais intensa no desempenho fotossintético proporcionalmente, quando comparada às espécies CAM. A forte redução do desempenho em plantas não-CAM também foi encontrada em telhado verde por Durhman & Rowe (2006). Contudo, a redução encontrada para Fv/Fm das espécies não-CAM foi de 0,80 para 0, enquanto para este estudo (T. heteromalla) foi de 0,85 para 0,65.
A espécie CAM nativa, N. compacta, apresentou significativa fotoinibição (Fv/Fm=0,50) às 12:00hs, contudo esta não foi maior do que a apresentada por indivíduos crescendo em solo comum com a mesma irradiância luminosa. Porém as diferenças na recuperação da fotoinibição foram levemente diferentes entre os tratamentos. Isto é, indivíduos do controle crescendo em substrato comum puderam recuperar cerca de 20% enquanto no telhado verde recuperam apenas 12%. Esta recuperação, auxiliada pela melhor oferta hídrica, subsidiou melhor capacidade de assimilação noturna de carbono para as plantas em solo comum quando comparadas com as do telhado verde.
110
C. fragrans apresentou valores significativamente reduzidos de eficiência quântica máxima ao meio dia e valores também reduzidos para eficiência quântica efetiva durante toda a exposição luminosa do dia. Estes dados sugerem que esta espécie passa por fotoinibição com potencial de recuperação um pouco menor que as duas outras espécies estudadas. Possivelmente, o menor resfriamento da temperatura foliar durante a noite dificulta a recuperação da fotoinibição nesta espécie (Pastenes & Horton, 1996; Takahashi & Murata, 2008).
Apesar de exibirem fotoinibição, tanto C. fragrans quanto N. compacta, foram capazes de mostrar recuperação. Desta maneira, apesar de possuírem crescimento mais lento em razão da restrição típica da abertura estomática para espécies de ciclo metabólico CAM (Luttge, 2004), são espécies com potencial para resistirem a períodos de maior adversidade e se manterem de forma permanente no recobrimento do telhado verde.
4.5 Conclusão
As significativas atenuações térmicas do ar interno em relação ao externo tanto para valores mais frescos no verão, quanto para mais quentes no inverno superaram os resultados dos estudos analisados, ressaltando a eficiência energética da nova técnica de telhados verdes proposta no capítulo 3. Além disso, o fato de realizar tal arrefecimento no verão e aquecimento no inverno sem a camada de substrato com propriedades de isolante térmico de, no mínimo, 3cm de espessura do sistema MEG, reforça o papel da vegetação como principal agente das propriedades energéticas de telhados verdes em geral e, em especial, da nova técnica proposta.
Considerando que a perda de energia térmica por evaporação é o maior componente de re-emissão de energia para o ambiente pela vegetação depois da reflectância direta, podemos relacioná-la à capacidade de atenuação térmica diferenciada por espécie. C. fragrans, com baixas taxas de evaporação, não foi capaz de sofrer resfriamento foliar durante a noite, ao passo que a bromélia-tanque nativa, N. compacta, o fez, sendo capaz de manter altas taxas de evaporação, uma provável explicação para a sua atenuação térmica mais eficiente. Tal fato, aliado à fotoinibição
111 semelhante à apresentada por indivíduos crescendo em solo e do tipo não-crônica, já que o aparato fotosintético se recupera durante a noite, a eleva à condição de espécie mais vantajosa em termos energéticos e de perenidade sustentável para ser usada na nova técnica de telhados verdes proposta.
Concluimos, portanto que, dentre as espécies estudadas, recomenda-se o uso de N. compacta por sua superior capacidade de atenuação térmica, aliada ao seu baixo risco em abrigar vetores virais.
Capítulo 5: Testes preliminares em uma residência na Favela do Arará
5.1 Introdução
A origem das favelas na cidade do Rio de Janeiro está ligada à chegada da família real portuguesa, em 1808. Tal fato deslocou 30% da população para cortiços e outras casas coletivas. Em sequência, a abolição dos escravos, sem garantias de trabalho, inserção ou sobrevivência, gerou migrações em massa para cortiços, quilombos abandonados e áreas desvalorizadas como morros e pântanos em torno das cidades. Com as demolições dos cortiços no Centro da cidade pelo Prefeito Pereira Passos no início do século XX, seus moradores passam a engrossar a população destas áreas desvalorizadas, hoje denominadas favelas (Souza & Barbosa, 2005).
A população em favelas cariocas cresceu em taxas superiores ao resto da cidade: de 7% (139 mil pessoas) em 1948, estima-se que hoje 25% (1,5 milhões de pessoas) vivam em favelas (Souza & Barbosa, 2005), à beira de encostas inclinadas ou margens de rios, ambientes degradados, sem manutenção e com elevada concentração populacional (Ribeiro, 2010). Tal fato é fruto do crescimento desordenado e acelerado, acompanhando a urbanização das cidades no século XX, onde as favelas representam fonte de mão de obra (Brum, 2013).
O processo de urbanização e o crescimento das favelas ocorre às expensas da vegetação. Somado aos efeitos do desflorestamento, o aumento das superfícies
112 construídas absorvem e irradiam calor (Voogt & Oke, 1997), agravando o fenômeno conhecido por “Ilha de Calor Urbana” (ICU) (Menon et al., 2008). Vale salientar que a ICU se torna um problema mais sério em climas tropicais (Wong et al., 2005) devido à radiação solar mais intensa, levando a efeitos adversos à qualidade de vida de seus habitantes (Santt`ana Neto, 2011), principalmente os de menor renda (Ribeiro, 2010).
Em situações urbanas convencionais, 40 a 50% das áreas impermeáveis são constituídas por telhados (Mentens et al., 2006). Em favelas, cuja densidade (domicílios / hectare) é aproximadamente o dobro (Samora, 2010) que o meio urbano médio, além de vias ocupando menor área e a quase ausência de áreas permeáveis (Ferrara & Martins, 2014), esta proporção se eleva para aproximadamente 90% (Almeida et al., 2011). Vale salientar que os telhados em favelas são usualmente feitos de telhas de fibrocimento (Mary et al., 2010), por seu menor custo em relação à laje pré-construída. Infelizmente este material mais barato possui elevada capacitância térmica, esquentando intensamente o interior das moradias familiares em comunidades de favelas. Segundo o IPCC (Painel Internacional Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) de 2007, além de longas e intensas ondas de calor nas cidades, prevê-se também chuvas mais intensas com o aquecimento global (Ribeiro, 2010), que levam a escorregamentos de encostas, alagamentos e mortes (Neto, 2011).
Áreas verdes urbanas, redução de temperaturas locais e proteção de encostas estão intimamente relacionados (Susca et. al, 2011). Entretanto, zonas densamente urbanizadas possuem pouquíssimos espaços residuais horizontais para plantio. Cria-se assim uma crescente atenção quanto ao possível verdejamento de telhados (Akbari et al., 2003). Telhados verdes são “...qualquer espaço plantado aberto, objetivando o prazer humano ou benefícios ambientais que é separado da terra por uma edificação ou outra estrutura” (Osmudson, 1999). São crescentemente utilizados no mundo e sob diferentes climas como forma de mitigar problemas decorrentes da urbanização desenfreada, como aquecimento de moradias e aumento da água de “run-off” causadora de deslizamentos em encostas.
No Brasil, telhados verdes são muito pouco utilizados e predominantemente são instalados para fins estéticos. Isto se deve parcialmente ao alto custo da técnica MEG (“Modern Extensive Greenroof”), frente aos telhados convencionais. Esta técnica é a mais utilizada no mundo, e prevê o uso de substrato (Köhler & Poll, 2010). Pelo acima
113 exposto, tem-se nos telhados verdes uma alternativa para auxiliar a mitigação de problemas como aquecimento e “run-off” de águas pluviais em favelas, além de possibilitar a produção de alimentos in-situ (Mary et al., 2010). Entretanto, o alto custo da técnica atual e sua dependência por telhados com estruturas reforçadas limita sua aplicabilidade em maior escala e ambientes com menos recursos. Sendo assim, é premente que novas técnicas, mais baratas, sejam criadas para testar a funcionalidade de telhados verdes em favelas.
Haja vista a enorme biodiversidade brasileira vegetal (Giulietti et al., 2013), potenciais estresses ecofisiológicos oriundos da construção de telhados verdes em clima tropical (calor, seca e fotoinibição) poderiam ser reduzidos. Para tanto, a seleção e testes de espécies melhor adaptadas a estas condições, como aquelas oriundas de copas de árvores (epífitas), costões rochosos (litófitas) e restingas (psamófilas) (Benzing 1990; Mantovani & Rios 2001) é de vital importância científica. Neste trabalho, testa-se em escala real, numa casa de favela, a nova técnica de telhado verde proposta no Capítulo 1. Avalia-se a instalação da nova técnica sobre telhado de fibrocimento; o potencial da mesma em mitigar o aquecimento interno bem como o comportamento ecofisiológico das plantas utilizadas.
5.2 Metodologia
A Favela do Arará (22° 53' S; 43° 14' W; 10 m.s.m.) localiza-se no bairro de Benfica, na cidade do Rio de Janeiro, sendo o local escolhido para a implantação de telhado verde experimental conforme a nova técnica descrita no cap. 1. As coberturas usam lajes concretadas, telhas de fibrocimento e aço galvanizado, todas adequadas para “retrofit” com telhados verdes (Castleton et al., 2010). O telhado naturado tem 36 m2 (6 x 6m) e apresenta telhas de fibrocimento com ondulações de 10cm de profundidade e inclinação de 5%.
Foram instaladas as 3 camadas do cap. 1 acompanhando as ondulações das telhas. Um sistema de irrigação foi instalado através de tubulação de ¾” furada nos locais correspondentes a cada canaleta das telhas do telhado. Esta foi acionada todas as noites sem precipitação.
114
5.2.1 Espécies estudadas
Sete espécies pertencentes a 5 famílias botânicas foram introduzidas no telhado verde da Favela do Arará: Aechmea amicorum (Bromeliaceae), Callisia fragrans, Callisia repens (Commelinaceae), Bryophyllum daigremontianum, Kalanchoe fedtschenkoi (Crassulaceae), Tibouchina heteromalla (Melastomataceae) e Aloe dawei (Xanthorroeaceae). O plantio foi realizado da mesma forma descrita no capítulo 3.
5.2.2 Avaliação da atenuação térmica
Ao final do verão de 2016, foram instalados termopares tipo J na superfície interna do telhado, sendo três na porção vegetada e três em telhado vizinho com telha semelhante, além de um a 1,5m do piso para o registro da temperatura do ar. Foi utilizada fita aluminizada para fixar os termopares à superfície inferior das telhas, assim como no capítulo 2. Os termopares foram conectados a um datalogger ImpacLog32 e este a um microcomputador para o registro dos dados a cada 10 minutos. Todo o sistema foi energizado através de um no-break de forma a evitar que as frequentes quedas de tensão ou mesmo ausências de energia na favela do Arará afetassem os registros de dados.
5.2.3 Ciclo diário morfofisiológico
Parâmetros morfofisiológicos vegetais foram utilizados para caracterizar a flora após dois anos de cultivo sob a nova técnica de telhado verde proposta. Suculência foliar e peso seco específico foram avaliados seguindo Mantovani (1999). Resumidamente, as seções de folhas circulares foram obtidas com furador de rolhas, mantidos umedecidos com papel de filtro umedecido em condições escuras e sob 7ºC por 24hs, para obter o seu peso fresco máximo. Os espécimes foram então secos até peso constante a 60oC. Peso fresco e seco foram determinados com uma balança Ohaus com precisão de 0,001 g. Suculência foi quantificada pela fórmula (peso fresco máximo - peso seco) / área da folha.
A integridade do aparato fotossintético das espécies plantadas no telhado verde da Favela do Arará foi avaliada através da eficiência do rendimento quântico efetivo, obtido via análise de fluorescência de clorofila a do fotossistema II, sob iluminação
115 ambiente. Especificamente o rendimento quântico efetivo foi avaliado usando um fluorimetro de amplitude modulada (MINI-PAM, H. Walz, Effeltrich, Germany). O rendimento quântico efetivo sob luz actinica foi determinado sem escurecimento foliar, com obtenção dos parâmetros Ft e Fm’ (respectivamente fluorescência transiente sob luz, e fluorescência quântica máxima sob luz), com os quais é possível determinar o rendimento quântico máximo na luz, ou parâmetro de Genty, pela fórmula (Fm’- Ft)/Fm´. Este parâmetro reflete como o conjunto de fatores estressantes ao qual a planta está sujeita afeta o aparato de aquisição de luz para a realização da fotossíntese. Na literatura específica é amplamente utilizado como um avaliador do grau de estresse fisiológico da fotossíntese (Luttge, 2008). Para isto, quanto mais o valor se distancia do máximo de 0,80 (obtido após relaxamento do aparato fotossintético sob condições de escuro), mais está reduzida a eficiência do rendimento quântico. Nossa hipótese é que a técnica telhado verde, aqui proposta, seja suficiente para a sobrevivência de plantas em condições não crônicas, mas sob fotoinibição dinâmica. Neste sentido, o parâmetro rendimento colhido ao amanhecer deve ser superior a 0,7 (Maxwell & Johnson, 2000).
5.2.4 Estatística
A distribuição normal dos dados foi avaliada pelo teste de homogeneidade das variâncias através do teste de Levene de Kolmogorov-Smirnov (K-S). Comparações para suculência entre as famílias foram realizadas utilizando One-way ANOVA. Já comparações quanto ao rendimento quântico efetico entre famílias e hora do dia (manhã e tarde) foram realizadas utilizando respectivamente One-way ANOVA e teste t- pareado (P <0,05; Zar 1996). Comparações múltiplas foram realizadas utilizando o teste de Tukey.
O incremento térmico nos telhados controle (sem maturação) e verde (com maturação) foi comparado por meio de regressões lineares ordinárias em dados transformados (log de valor da temperatura). As diferenças nos incrementos foram detectadas através da comparação dos coeficientes angulares (ou seja, escala expoente, α) (Niklas 1994), utilizando testes padronizados para medidas bivariadas (SMATR) (Warton et al., 2006).
116
Os procedimentos estatísticos foram realizados utilizando o software Statistica. A significância foi assumida em P <0,05 (Zar, 1996).
5.3 Resultados
Das sete espécies introduzidas, todas, exceto Aechmea amicorum, sobreviveram e foram cultivadas com sucesso no telhado verde (figura 5.1), apresentando crescimento vigoroso (tabela 5.1).
Tabela 5.1 – Espécies cultivadas com sucesso no telhado verde da Favela do Arará.
Forma de Família Espécie Origem Hábito Conservação crescimento
Callisia fragrans (Lindl.) Litófita / Commelinaceae Woodson Exótica Suculenta Terrestre Não listada Litófita / Commelinaceae Callisia repens (Jacq.) L. Exótica Erva Terrestre Não listada
Bryophyllum daigremontianum (Raym.- Hamet & H. Perrier) A. Litófita / Crassulaceae Berger Exótica Suculenta Terrestre Não listada
Kalanchoe fedtschenkoi Hamet & H. Litófita / Crassulaceae Perrier Exótica Suculenta Terrestre Não listada
Tibouchina heteromalla Nativa Arbusto Litófita / Melastomataceae (D.Don) Cogn. endêmica grande Terrestre Não listada Litófita / CITES Xanthorrhoeaceae Aloe dawei A. Berger Exótica Suculenta Terrestre Apêndice II
117
Figura 5.1 - Telhado verde da favela do Arará totalmente recoberto por vegetação em setembro de 2015. Note ao lado telhado vizinho sem naturação, usado como controle.
5.3.1 Avaliação da atenuação térmica
O registro de dados térmicos através de termopares foi dificultado pelo fato de que, inesperadamente, o datalogger ImpacLog32 não funcionou quando a energia passava a ser fornecida pela bateria do no-break, fato que ocorria quase diáriamente ou
118 até mais de uma vez por dia. Mesmo assim, alguns dados foram salvos, resultando nos gráficos abaixo, que revelam uma atenuação térmica muito pronunciada em torno de 20oC. O sistema será aperfeiçoado para garantir a continuidade da aquisição de dados.
Nos dois dias de amostragem (06.04.16 e 12.04.16) as temperaturas no telhado controle, sem cobertura verde, foram superiores às exibidas pelo telhado naturado. Embora começassem o dia com temperaturas semelhantes, o incremento térmico visto no telhado não naturado é visivelmente maior. Tal fato é evidenciado pela comparação estatística entre os ângulos de incremento (tabela 5.2), sempre significativamente maiores em telhados sem vegetação. Para fins de comparação, no dia 06.03 às 12:00, enquanto a temperatura média do telhado naturado era de 30.30.09 oC, no telhado sem cobertura estava em 50.10.89 oC. Temperaturas 16 a 20 oC superiores também foram encontradas entre os termopares do telhado controle e o telhado naturado para o dia 12.03.2016.
Tabela 5.2 - Parâmetros de regressão linear (dados logaritmizados) para as curvas de incremento de temperatura de telhados de favela com naturação e sem naturação (controle). São fornecidos o ajuste (R2), o coeficiente da reta e seus respectivos intervalos de confianças. Para todas as regressões e respectivos ângulos é fornecido o valor P obtido. Note como para ambos os dias o incremento em temperatura do telhado controle é de 6 a 10 vezes maior do que em telhados naturados
R2 IC P DIA
Controle 0,24 0.21 0.18-0.25 06.04.2016 0,001 Telhado verde 0,30 0.02 0.018- 0.026
Controle 0.69 0.06 0,008-0,013 12.04.2016 0,001 Telhado verde 0.86 0.010 0,05- 0,07
119
55 A 50 B
50 45
45
C) o
C) 40 o 40 35 35
30 Temperatura (
30 Temperatura (
25 25
20 20 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 4:48 6:00 7:12 8:24 9:36 10:48
Figura 5.2 - Gráficos de temperatura das superfícies inferiores do telhado verde da Favela do Arará () e telhado vizinho (). A. dia 6/4/2016 e B. dia 12/4/2016.
5.3.2 Ciclo diário morfofisiológico
O parâmetro de suculência é mostrado no gráfico abaixo (fig. 5.3). O maior valor de suculência foi encontrado para Aloe dawei, com quase 5.000 g/m2 de folha. Destacou-se também Bryophyllum daigremontianum com 3.375 g/m2. As demais espécies estudadas variaram de 414 g/m2 em Tibouchina heteromalla até Kalanchoe 2 fedtschenkoi com 2.075 g/m .
120
8000
e
) 2
- 6000 c 4000 d a,d
2000 a Suculência (g (g m Suculência a,b
0
Espécies
Figura 5.3 - Suculência para espécies de plantas vasculares crescendo em telhado verde de 3 camadas. Dados são médiadesvio padrão (n=3). Barras seguidas da mesma letra não apresentam diferença significativa entre si (P>0,05).
Conforme o gráfico abaixo (fig. 5.4), a grande maioria dos valores de rendimento quântico (Yield, expresso pelo parâmetro de Genty) esteve acima de 0,7 durante a manhã, com exceção de Bryophyllum daigremontianum com valor de 0,62. Já durante a tarde, exceto para Tibouchina heteromalla com 0,58, todas as espécies tiveram forte redução do rendimento, com valores menores até que 0,4, exceto Aloe dawei e Callisia fragrans, ambos com 0,46. O valor mais baixo, novamente, foi encontrado para Bryophyllum daigremontianum, com 0,31. Tais dados mostram que ocorre fotoinibição dinâmica, com queda de rendimento quântico efetivo durante o dia seguido de recuperação durante a noite.
121
A A C, D D A, C 0.9 B
a a,b a,b
0.75
´ 0.6 a, b a a Fm/Fm
0.45
0.3
0.15
0
Espécies
Figura 5.4 – Rendimento quântico efetivo (Fm/Fm´) medidos pela manhã (barras pretas) e à tarde (barras brancas) em espécies vegetais crescidas sobre telhado verde de 3 camadas na Favela do Arará, Benfica, Rio de Janeiro. Dados são média desvio padrão (n=3). Letras maiúsculas comparam apenas valores da manhã. Letras minúsculas comparam apenas valores da tarde. Barras seguidas da mesma letra de mesmo tamanho não apresentam diferença significativa entre si (P>0,05).
122
5.4 Discussão
Com exceção das lajes concretadas, telhados estruturais em telhas de fibrocimento e metálicas prevalecem em favelas, levando à necessidade de naturação de baixo peso com finalidade prática suplantando a estética e o lazer (Henry & Frascaria- Lacoste, 2012), com ênfase em gestão de águas pluviais e redução de gastos com energia (Fioretti et al., 2010). Apesar de Oliveira (2009) ter estudado telhado verde em habitação de interesse social, o local não se tratava, de fato, de uma favela como a do Arará, em franca expansão vertical e com ordenamento aleatório do espaço. De fato, com exceção de algumas propostas de naturação através de telhados verdes em favelas (Minks, 2013), nenhum outro estudo científico foi encontrado em âmbito nacional. A nova técnica de telhado verde apresentada no cap. 3 é comparativamente menos complexa e onerosa do que a MEG, além de sustentar o crescimento de plantas nativas e exóticas em condições tropicais. Tais vantagens financeiras se refletem de forma especialmente intensa em ambientes de baixa renda como favelas. O total recobrimento vegetal em cerca de 1 ano, apesar da relativa baixa diversidade sustentada, demonstra o potencial para sistemas hidropônicos sem substrato serem usados como importante tecnologia para telhado verde sob clima tropical, até mesmo em ambientes urbanos densos e totalmente carentes de vegetação.
O estabelecimento de infra-estrutura de telhado verde generalizada é essencial para a manifestação de seus benefícios ao nível do ecossistema urbano (Getter & Rowe, 2006; Carter & Fowler, 2008). A nova técnica proposta no cap. 1 apresenta custo inferior à metade (45,3%) em relação ao telhado verde realizado com a técnica MEG convencional (Rosseti et. al, 2013). Este custo reduzido poderá facilitar a implementação de infra-estrutura de telhado verde em larga escala nas favelas, desde que beneficiando-se de instrumentos de política ambiental (Carter & Fowler, 2008). Estes resultados financeiros, adicionados ao potencial de redução em peso, reforçam a aplicabilidade desta nova técnica para ser utilizada como retrofit sobre vários tipos de superfícies de telhado pré-existentes (Castleton et al., 2010) tais como a ampla diversidade de coberturas e caixas d`água em favelas, desde que respeitadas as premissas e exigências estruturais de segurança.
123
5.4.1 Biodiversidade
Apenas seis táxons foram cultivados com sucesso no telhado verde experimental tropical da favela do Arará, apesar de uma mais alta diversidade ser possível. Destas, apenas Tibouchina heteromalla é nativa do Brasil. Ademais, a bromélia-tanque Aechmea amicorum, que predomina no telhado verde experimental do cap. 3, não sobreviveu na favela, provavelmente pelo fato da irrigação por gotejamento não ser capaz de hidratar suas rosetas foliares (Benzing, 1990).
5.4.2 Morfofisiologia
O sucesso do telhado verde da favela do Arará foi baseado na escolha de plantas de habitat extremos, especialmente litófitas (Porembski & Barthlott, 2000). As plantas cultivadas no telhado verde experimental tropical da favela do Arará compartilham uma resistência à radiação solar (radiação fotossinteticamente ativa, 400-700nm) superando 1.800 mmol m-2 s-1, secagem periódica do meio de enraizamento, temperatura do ar superior a 40 °C e do meio de enraizamento superior a 60 °C, além de ventos fortes. Isto pode ser explicado pelo fato de que todas as espécies exceto Tibouchina heteromalla apresentam metabolismo fotossintético CAM (Kluge, 1978) que, juntamente com suculência elevada, elevam a eficiência do uso da água (Lüttge, 2004). Suculência também pode gerar capacidade de tamponamento térmico (Ball et al., 1988) melhorando a sobrevivência sob altas temperaturas do ar e folhas (Leigh et al., 2012). Esses fatores contribuíram para a cobertura completa do telhado verde em cerca de um ano, embora a introdução inicial de plantas tenha sido propositadamente esparsa e fertilizantes químicos ou orgânicos jamais tenham sido aplicados.
A sobrevivência de plantas no telhado verde não foi dependente de suculência, que variou mais de dez vezes do menor valor em Tibouchina heteromalla ao maior em Aloe dawei. Merece destaque ainda Tibouchina heteromalla não apenas por seu porte arbustivo único neste telhado verde, mas por apresentar crescimento tão vigoroso apesar de ser a espécie com a mais baixa suculência e não apresentar metabolismo CAM, e sim metabolismo C3. Resultados semelhantes sob um clima australiano quente (Farrel et al.,
124
2012) reforçam esta ideia: Sedum spurium teve a menor suculência (500 g / m2) e, apesar disso, sobreviveu a secas mais prolongadas que as espécies psamófilas nativas, como Disphyma crassifolium (Aizoaceae ) com 3.100 g / m2.
Sobrevivência e crescimento no telhado verde experimental ocorreram apesar da fotoinibição diurna. A maioria dos valores do rendimento quântico foi inferior a 0,5, quando medida durante o início da tarde, mas foi seguida por recuperação noturna para valores acima de 0,7 durante a manhã. Tal recuperação fotoquímica era esperada, uma vez mais com base na escolha de plantas adaptadas à irradiação solar tropical extrema sobre afloramentos rochosos expostos (Mattos et al., 1997). Novamente, merece destaque Tibouchina heteromalla, que, apesar de C3 e de baixa suculência, apresentou os maiores valores de rendimento quântico efetivo tanto à tarde, quanto pela manhã.
Uma complexa interação de fatores abióticos influencia a sobrevivência e crescimento das plantas sob as condições extremas que prevalecem em telhados verdes tropicais. Interpretações de caracteres isolados, tais como a suculência, podem ser enganosas. Em vez disso, um grupo de caracteres agindo em conjunto são capazes de conceder resistência à seca, regulação térmica e recuperação da inibição fotoquímica. A escolha adequada de plantas é um elemento fundamental para a funcionalidade da nova técnica. No entanto, é inútil se privada de um fornecimento regular de água sob a forma de irrigação. Neste sentido, a rica biodiversidade tropical adaptada a extremos é uma aliada importante para a difusão da técnica aqui proposta, sendo capaz de fornecer uma imensa variedade de material vegetal variado para ser testado e adaptado a estes novos ecossistemas artificiais.
Verificou-se uma significativa atenuação térmica, por vezes superior a 20°C da superfície interna da telha de fibrocimento abaixo do telhado verde em relação ao telhado controle não vegetado. Isto se deu apesar da ausência de substrato, reforçando a idéia de que a vegetação é a principal promotora deste efeito, provavelmente por sombrear a superfície do telhado (Ouldboukhitine et al., 2011) além de promover perdas térmicas por evaporação direta dos tanques de bromélias e evapo-transpiração estomática.
Como verificamos no capítulo 4, este efeito da evaporação sobre a redução de temperaturas superficiais ocorre em telhados independentemente de vegetação,
125 conforme constatado por Wanphen & Nagano (2009) através do estudo de materiais porosos contendo umidade. Entretanto, as reduções de cerca de 7°C são significativamente inferiores às de cerca de 20°C levantadas no presente estudo, apesar da ausência de substrato, provavelmente devido aos efeitos relacionados diretamente à vegetação tais como sombreamento e evapo-transpiração mais intensa que a simples evaporação (Voyde et al., 2009).
Já a influência do substrato sobre as reduções de temperatura se mostra proporcional à sua espessura e conteúdo de água, além de incrementada pela vegetação, conforme constado por Nardini et al., (2012) em clima temperado e por Jim & Peng, (2012b) em clima tropical. Uma redução de temperatura entre 15 e 20°C da superfície do substrato em relação ao telhado estrutural exposto foi encontrada por Wong et al., (2003c). Tais fatos corroboram a eficácia da nova técnica de telhados verdes estudada em atenuar temperaturas, já que o faz apesar de ausência de substrato.
A atenuação térmica da superfície externa se reflete na superfície interna mais ou menos tardiamente dependendo da espessura total do telhado estrutural e das transmitâncias térmicas transversais e horizontais. Neste caso, como as telhas de fibrocimento são pouco espessas (cerca de 6mm), a transferência de calor é rápida. Em relação ao controle, ocorre redução consistente de temperatura para a área vegetadas da ordem de 20°C nos dias mais quentes, resultado muito superior ao encontrado por Parizotto & Lamberts (2011) com cerca de 4°C de redução. As reduzidas temperaturas superficiais internas levarão a uma menor irradiação de infra-vermelho e certamente contribuirão para o conforto térmico dos usuários de edificações em favelas, expostos a níveis ainda mais intensos de estresse térmico do que o meio urbano médio (Da Silva & Ribeiro, 2006).
5.5 Conclusão
Telhados verdes hidropônicos livres de substrato são viáveis sob as condições extremas de climas tropicais úmidos, mesmo quando instalados na forma de retrofit em meio urbano denso tal como em favelas e desprovido de vegetação. Para tal é necessário que a escolha de plantas seja baseada em espécies litófitas de enraizamento superficial e que seja aplicada irrigação ocasionalmente. O novo sistema proposto no cap. 1, proveniente de uma extrema redução do MEG e consequente minimização do custo de
126 materiais e mão de obra, oferece muitas vantagens sobre os sistemas tradicionais, incluindo o peso total reduzido, facilidade de manutenção e amplas possibilidades de retrofit. As significativas reduções de temperatura da superfície interna abrem um amplo potencial para economia de energia e melhoria da qualidade de vida em tais ambientes. Um maior envolvimento ecológico, bem-estar psicológico e consequente redução da criminalidade são efeitos positivos igualmente esperados.
127
Capítulo 6: Conclusões e sugestões para futuras pesquisas
6.1 Conclusões gerais
A tecnologia para telhados verdes tropicais proposta é inovadora, principalmente, por ser provavelmente a primeira hidropônica sem substrato já idealizada, além de ser capaz de sustentar de forma permanente uma ampla diversidade de espécies vegetais, desde que originárias de ambientes abióticamente extremos e com reduzido solo para enraizamento. Este novo sistema, em relação ao tradicional MEG, oferece ainda redução a menos da metade dos custos para instalação, mantendo a reduzida demanda de manutenção e, portanto, abrindo amplas possibilidades de retrofit para telhados existentes. Uma limitação da técnica proposta é a necessidade do uso de irrigação por aspersão, ao menos para as espécies estudadas, que foram capazes de sobreviver e crescer mesmo em condições de fotoinibição, pelo fato desta ser do tipo não-crônica.
A capacidade de atenuação térmica da nova tecnologia de telhados verdes superou os resultados dos estudos analisados, mesmo sem contar com as propriedades isolantes da camada de substrato do sistema MEG. Especialmente significativos são o arrefecimento no verão do ar interno à edificação em cerca de 5°C em relação ao ar externo e o forte acoplamento com as temperaturas das superfícies internas vegetadas. Isso nos leva a concluir que a nova tecnologia de telhado verde é capaz de reger a temperatura interna da edificação de forma bastante independente da temperatura externa, gerando um amplo potencial de incremento do conforto térmico de seus usuários além de economia de energia para climatização interna. De especial valor para a atenuação térmica neste sistema, citamos as bromélias-tanque de ambientes rupícolas, por sofrerem resfriamento foliar durante a noite, sendo capazes de manter altas taxas de evaporação. Tal fato, juntamente com a evaporação diurna da água de seus tanques foliares, provavelmente explica a sua mais eficiente atenuação térmica. Seu cultivo, entretanto, demanda a irrigação por aspersão, ao menos para as espécies estudadas, a qual gera um gasto maior de água relativamente a outras técnicas de irrigação.
A nova técnica proposta é viável mesmo quando telhados verdes são instalados na forma de retrofit em meio urbano denso tal como em favelas. As significativas
128 reduções de temperatura da superfície interna (por volta de 20°C) abrem um amplo potencial para economia de energia e melhoria da qualidade de vida em tais ambientes. A irrigação por gotejamento utilizada representa uma limitação, porém com potencial para economia de água em relação à irrigação por aspersão.
Ressaltam-se poucos pontos não exitosos deste projeto, além do uso inevitável de água para irrigação ocasional. Um deles foram os eventos conjuntos e extremos de seca prolongada (seja por falta de água, seja por falta de chuvas) e elevada radiação solar (e.g., verão de 2015) que podem gerar morte eventual de algumas espécies, quase sempre contornadas por rebrotamento via crescimento clonal. Outro ponto que poderia ter sido melhor conduzido foi a metodologia para avaliação do crescimento vegetal por fotografias digitais. Isso fez com que a maior parte das fotografias semanais padronizadas se revelassem inúteis para tal avaliação, uma vez que a fixação da câmera fotográfica ao tripé não foi perfeita, levando a variações dos campos fotografados.
6.2. Sugestões para futuras pesquisas
Pesquisas futuras podem se concentrar na medição da água de irrigação utilizada e em sua redução através de sistemas de gotejamento, apesar deste não favorecer a sobrevivência das bromélias-tanque, ideais por suas potenciais superiores capacidades de atenuação térmica.
É possivel, porém, que bromélias-tanque de grande porte nativas de ambientes rupícolas, tais como as do gênero Alcantarea sejam capazes de se adaptarem à nova tecnologia de telhados verdes proposta sem qualquer irrigação, dependendo apenas do regime pluvial local. Com esta possibilidade, são altamente promissoras as investigações envolvendo este grupo de mais de 30 espécies endêmicas do leste brasileiro. Além disso, por serem de grande porte, algumas com rosetas de mais de 1,5m de diâmetro, poderão gerar atenuação térmica ainda superior à de Neoregelia compacta. Uma demanda ainda menor de manutenção através do sombreamento total do meio hidropônico pode também ser esperada destas espécies, já que este fato dificultaria a colonização por espécies invasoras. Uma vantagem adicional neste sentido é o fato de serem desprovidas de espinhos foliares, facilitando e amenizando o acesso em telhados
129 verdes semi-intensivos, além de sua manutenção. Uma desvantagem para o caso de retrofits seria o seu alto peso pelo grande volume (mais de 30 litros) de água acumulada em suas rosetas. Além destas, existem dezenas, senão centenas de outras bromélias- tanque nativas de ambientes rupícolas que poderiam ser térmica e fisiológicamente estudadas para utilização em telhados verdes tropicais hidropônicos sem substrato.
O peso do novo sistema não foi avaliado, sendo muito importante que seja amplamente mensurado abrangendo o cultivo da mais ampla possível diversidade de plantas e condições de saturação hídrica, determinando-se assim níveis estruturais seguros para sua instalação.
Além do peso por metro quadrado do novo sistema como um todo, é necessário avaliar a Vinimanta® Sansuy a longo prazo quanto à estanqueidade e resistência à penetração de raízes.
Aplicações de fertilizantes não foram usadas, mas podem melhorar o crescimento e sobrevivência das plantas e merecem ser investigadas, assim com as diversas fontes e formulações atualmente disponíveis.
Interações ecológicas que podem maximizar a sobrevivência de plantas a longo prazo, bem como a fauna associada são outros temas relevantes a serem investigados.
A formação de solo certamente ocorrerá e abre amplas possibilidades de estudos, podendo alterar positivamente as condições de cultivo em telhados verdes tropicais hidropônicos devido à maior retenção de umidade e nutrientes.
Finalmente, além das bromélias-tanque, há um potencial considerável para pesquisa e uso da rica flora tropical de epífitas, litófitas e psamófilas para a instalação de extensa malha de telhados verdes tropicais em cidades ao redor do mundo.
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Anexo 1: Dados climatológicos para São Gonçalo de 2012 a 2016
Fonte: http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=home%2Fpage&page=rede_estacoes_auto_graf
Temperatura do ar (oC) para dezembro de 2015 (verão) em São Gonçalo
148
Precipitação (mm) para dezembro de 2015 (verão) em São Gonçalo
149
Umidade para dezembro de 2015 (verão) em São Gonçalo
150
Temperatura do ar (oC) para junho de 2015 (inverno) em São Gonçalo
151
Precipitação (mm) para junho de 2015 (inverno) em São Gonçalo
152
Umidade para junho de 2015 (inverno) em São Gonçalo
153
154
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156
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