Uma avaliação sistemática sobre os efeitos de metais e metaloides, presentes em sedimentos, sobre comunidades de macroinvertebrados bentônicos em estuário subtropical no Brasil – sistema estuarino de Paranaguá
DOI:
https://doi.org/10.34117/bjdv9n2-036Keywords:
macrofauna bentônica, estuário, elementos traçosAbstract
A população mundial encontra-se localizada principalmente em áreas costeiras, especialmente nas áreas de baías e estuários por conta de suas localizações estratégicas, abrigando instalações de atividades industriais, marítimas e de veraneio, bem como servindo como fonte de alimentos. Considerando este aspecto, os estuários e baías tornam-se receptores de diferentes elementos de origem antrópica oriundos da drenagem urbana, de efluentes industriais, despejos de embarcações e fontes pontuais poluidoras, vindas do continente. Sob a perspectiva global, os elementos traços são considerados contaminantes críticos para os ambientes costeiros. Dependendo do contaminante, da sua propriedade físico-química e das condições do meio o contaminante pode se manter na água, ser adsorvido no sedimento ou absorvido por organismos. Devido à baixa mobilidade da maioria dos organismos bentônicos, a presença de elementos traços nos sedimentos pode ser mais prejudicial para as comunidades de macroinvertebrados bentônicos do que para outras comunidades do ecossistema aquático. No presente estudo para caracterizar a distribuição de elementos traços e macroinvertebrados bentônicos e avaliar a relação entre a contaminação por metais e as estruturas das comunidades bentônicas, coletou-se 16 amostras superficiais no sistema estuarino de Paranaguá, abrangendo séries temporais ao longo do ano de 2018. Foram avaliadas também as características geoquímicas dos sedimentos (tamanho de partículas, nutrientes e matéria orgânica), parâmetros físico-químicos da coluna d’água (salinidade, pH, temperatura, OD e turbidez), a concentrações de metais em sedimentos, a diversidade (índice de Shannon), a riqueza e abundância das espécies identificadas. Nesse contexto os resultados indicaram que a concentração média dos elementos traços nos sedimentos durante o período seco seguiu a seguinte ordem: Zn > Cr > Cu > Pb > Ni > As > Cd. Já no período chuvoso a concentração média decresceu da seguinte forma: Zn > Cr > Pb > Cu > Ni > As > Cd. A estrutura das comunidades de macroinvertebrados bentônicos também foi estudada, juntamente com a análise das correlações entre elementos traços e comunidades bentônicas. Foram identificados 12 filos e 12 classes, e os grupos dominantes foram anelídeos e moluscos. Os resultados da correlação entre as métricas da comunidade bentônica e as concentrações de elementos traços indicam que a riqueza e abundância são mais sensíveis à contaminação por elementos traços. As principais influências na comunidade bentônica podem ser o Cd > As > Mn. Os resultados encontrados sugerem que a comunidade bentônica também pode ser utilizada no biomonitoramento de áreas de relevância ambiental, como o Sistema Estuarino de Paranaguá, quanto a contaminação por elementos traços. Assim tem-se mais um balizador que possa orientar a tomada de decisões e atender as necessidades ecológicas e sociais de maneira sustentável.
References
Akindele, E.O., Olutona, G.O., 2015. Environmental variables and benthic macroinvertebrate assemblage in the headwater streams of an Afro-tropical reservoir. Water Environ. J. 29 (4), 541–548.
Amaral, C. Z., & Nonato, E. F. (1996). Annelida Polychaeta Caracteristicas Glossario e Chaves para Famílias e Gêneros da Costa Brasileira.pdf (1o). Editora Unicamp.
Amaral, C. Z., & Nonato, E. F. (2006). Anelídeos Poliquetos da Costa Brasileira Características e chave para famílias (1a). Editora Unicamp.
Amin, M.N., Kroeze, C., Strokal, M., 2017. Human waste: An underestimated source of nutrient pollution in coastal seas of Bangladesh, India and Pakistan. Mar. Pollut. Bull. 118, 131–140.
Ancion, P.Y., Lear, G., Lewis, G.D., 2010. Three common metal contaminants ofurban runoff (Zn: Cu & Pb) accumulate in freshwater biofilm and modifyembedded bacterial communities. Environ. Pollut. 158, 2738–2745.
Bentum, J.K., Anang, M., Boadu, K.O., Koranteng-Addo, E.J., Antwi, E.O., 2011. Assessment of heavy metals pollution of sediments from Fosu Lagoon in Ghana. Bull. Chem. Soc. Ethiop. 25 (2), 191–196.
Best, M.A., Wither, A.W., Coates, S., 2007. Dissolved oxygen as a physico-chemical supporting element in the water framework directive. Mar. Pollut. Bull. 55 (1–6), 53–64. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2006.08.037.
Bian, B., Zhou, Y., & Fang, B. B. (2016). Distribution of heavy metals and benthic macroinvertebrates: Impacts from typical inflow river sediments in the Taihu Basin, China. Ecological Indicators, 69, 348–359.
Blott, S. J., and Pye, K. (2001). Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth Surface Processes and Landforms, 26, pp. 1237–1248.
Brown, C.A., Sharp, D., Mochon Collura, T.C., 2016. Effect of climate change on water temperature and attainment of water temperature criteria in the Yaquina Estuary, Oregon (USA). Estuar. Coast. Shelf Sci. 169, 136–146.
Calace, N., Nardi, E., Pietroletti, M., Bartolucci, E., Pietrantonio, M., Cremisini, C., 2017. Ant-arctic snow: metals bound to high molecular weight dissolved organic matter.Chemosphere 175, 307–314.
Carvalho G P de, Cavalcante P R S, Castro A C L de and Rojas M O A I (2000) Preliminary Assessment of Heavy Metal Levels in Mytella Falcata (Bivalvia, Mytilidae) From Bacanga River Estuary, São Luís, State Of Maranhão, Northeastern Brazil. Revista Brasileira de Biologia 60(1): 11-16.
Chen, Y., Ge, J., Huang, T., Shen, L., Chu, Z., Xie, Z., 2020. Restriction of sulfate reduction on the bioavailability and toxicity of trace metals in Antarctic lake sediments. Marine Pollution Bulletin 151.
Chiarelli, R., Roccheri, M.C., 2014. Marine invertebrates as bioindicators of heavy metalpollution. Open J. Met. 4, 93–106.
del Carmen Jiménez-Moleón, M., Jacobo-López, A., & Lucero-Chávez, M. (2022). Bioconcentration and translocation of Cd in water lily (Eichhornia crassipes) at different initial concentrations and pH values. Brazilian Journal of Animal and Environmental Research, 5(2), 1731-1746.
Demirbas, A., 2008. Heavy metal adsorption onto agro-based waste materials: a review. J. Hazard. Mater. 157 (2), 220–229.
Dodds, W.K., 2006. Eutrophiocation and trophic state in rivers and streams. Limnol. Oceanogr. 51, 671–680.
Faggio, C., Pagano, M., Stara, A., Aliko, V., Faggio, C., 2020. Impact of neonicotinoids to aquatic invertebrates—in vitro studies on Mytilus galloprovincialis: a review. J. Mar. Sci. Eng. 8 (801), 1–14
Fan, Y., Chen, X., Chen, Z., Zhou, X., Lu, X., Liu, J., 2022. Pollution characteristics and source analysis of heavy metals in surface sediments of Luoyuan Bay, Fujian. Environ. Res. 203.
Fan. H., Chen. S., Li. Z., Liu. P., Xu, C., Yang, X., 2020. Assessment of heavy metals in water, sediment and shellfish organisms in typical areasof the Yangtze River Esturay, China. Mar. Pollut. Bull. 151.
FAO, 2018. The State of World Fisheries and Aquaculture 2018 - Meeting the Sustainable Development Goals, Rome LIcense: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.
Ferguson, A., & Eyre, B. (1999). Behaviour of aluminium and iron in acid runoff from acid sulphate soils in the lower Richmond River catchment. AGSO Journal of Australian Geology & Geophysics, 17(5/6), 193.
Fernandes, M., Fonseca, E.M., Lima, L.S., et al., 2020. Assessment of trace metal contamination and bioavailability in an environmental protection area: Guaxindiba estuarine system (Guanabara Bay, Rio de Janeiro Brazil). Reg. Stu. Mar. Sci. 35, 101143.
Fernandes L, Nayak GN, Ilangovan D, Borole DV. Accumulation of sediment, organic matter and tracemetalswith space and time, in a creek alongMumbai coast, India. Estuar Coast Shelf Sci 2011;91:388–99.
Firth, L.B., Knights, A.M., Bridger, D., Evans, A.J., Mieszkowska, N., Moore, P.J., 2016. Ocean sprawl: challenges and opportunities for biodiversity management in a changing world. In: Hughes, R.N., Hughes, D.J., Smith, I.P., Dale, A.C. (Eds.), Oceanography and Marine Biology: An Annual Review. Vol 54. 54, pp. 193–269.
Fischer, B.B., Pomati, F., Eggen, R.I.L., 2013. The toxicity of chemical pollutants in dynamic natural systems: the challenge of integrating environmental factors and biological complexity. Sci. Total Environ. 449, 253–259.
FÖRSTNER, U.; SALOMONS, W. 1980. Trace metal analysis on polluted sediments. Part I: Assessment of sources and intensities. Environmental Technology Letters, v. 1, p. 494-505.
FROEHNER, S.; MARTINS, R. F. “Avaliação da composição química de sedimentos do rio Barigüi na região metropolitana de Curitiba”. Química Nova, v. 31, n. 8, 2008, p. 2020- 2026.
Gallego-Schmid, A., Tarpani, R.R.Z., 2019. Life cycle assessment of wastewater treatment in developing countries: a review. Water Res. 153, 63–79.
Guven DE, Akinci G. Effect of sediment size on bioleaching of heavy metals from contaminated sediments of Izmir Inner Bay. J Environ Sci 2013;25:1784–94.
Johnston, E.L., Dafforn, K.A., Clark, G.F., Rius,M., Floerl, O., 2017. How anthropogenic activities affect the establishment and spread of nonindigenous species post-arrival. In: Hawkins, S.J., Evans, A.J., Dale, A.C., Firth, L.B., Hughes, D.J., Smith, I.P. (Eds.), Oceanography and Marine Biology: An Annual Review. 55. CRC Press, Boca Raton, USA, pp. 2–33.
KILMER, V. J.; ALEXANDER, J. Method of makiey mechanical analysis of soils. Soil Science, v. 68, p. 15–26, 1949
Kröncke, I., Reiss, H., 2010. Influence of macrofauna long-term natural variabilityon benthic indices used in ecological quality assessment. Mar. Pollut. Bull. 60,58–68.
Kuang, Z., Fan, Z., Wang, H., Gu, Y., Zhang, W., Wang, S., Huang, H., 2022. Heavy metal(loid)s in multiple media within a mussel mariculture area of Shangchuan Island, China: Partition, transfer and health risks. Environ. Res. 211.
Kucuksezgin, F., Pazi, I., Gonul, L.T., Kocak, F., Eronat, C., Sayin, E., Talas, E., 2021. The impact of fish farming on the water column and marine sediments in three coastal regions from eastern Aegean coast. Environ. Sci. Pollut. Res. 28, (23), 29564-29580.
Lana, P.C., Marone, E., Lopes, R.M., Machado, E.C., 2001. The subtropical estuarine complex of Paranagu´ a Bay, Brazil. In: Seeliger, U., Kjerfve, B. (Eds.), Coastal Marine Ecosystems of Latin America. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, pp. 131–145.
Lana, P., Bernardino, A., 2018. Brazilian Estuaries: A Benthic Perspective. Springer.
Li, Chen, Song, Chengwen, Yin, Yanyan, Sun, Menghan, Tao, Ping, Shao, Mihua,2015. Spatial distribution and risk assessment of heavy metals in sediments ofShuangtaizi estuary. China Marine Pollut. Bull. 98, 358–364.
Liu, S.J., Li, J., Yang, Y.K., Wang, J., Ding, H., 2016. Influence of environmental factors on the phosphorus adsorption of lanthanum-modified bentonite in eutrophic water and sediment. Environ. Sci. Pollut. Res. 23 (3), 2487–2494.
Martinez A.S., Underwood T., Christofoletti R.A., Pardal A., Fortuna M.A., Marcelo-Silva J., Morais G.C. & Lana P.C.. 2022. Reviewing the effects of contamination on the biota of Brazilian coastal ecosystems: Scientific challenges for a developing country in a changing world. Sci Total Environ 803: 150097.
Mengatto, M.F., Nagai, R.H., 2022. A first assessment of microplastic abundance in sandy beach sediments of the Paranaguá Estuarine Complex, South Brazil (RAMSAR site). Marine Pollution Bulletin. 177.
Middelburg, J. J.; Levin, L. A. Coastal hypoxia and sediment biogeochemistry. Biogeosciences, v. 6, p. 3655- 3706, 2009
Moe, S.J., De Schamphelaere, K., Clements, W.H., Sorensen, M.T., Van den Brink, P.J., Liess, M., 2013. Combined and interactive effects of global climate change and toxicants on populations and communities. Environ. Toxicol. Chem. 32, 49–61.
Motta, P. N. S. D., Gloaguen, T. V., Santos, M. S. T., Ferreira, A. T. da S., & Motta, T. O. (2017). Morphometric analysis of river basin of Subaé, Bahia, brasil. Ambiência, 13(2), 470 e 485.
Negrello-Filho, Orlei Antonio, Ugaz-Codina, Juan Carlos, Oliveira, Luiz Henrique Sielski de, Souza, Maria Cristina de, & Angulo, Rodolfo José. (2018). Subtidal soft sediments of the Paranaguá Bay inlet: mapping habitats and species distribution at a landscape scale. Brazilian Journal of Oceanography, 66(3), 255-266.
Netto, A. A., Lima, L. da S., Vieira, K. S., Delgado, J. de F., Souza, P. F. de, Correa, T. R., Neto, J. A. B., Gaylarde, C. C., & Fonseca, E. M. da. (2022). Pollutants potential mobilization in Santos bay/Brazil: subsidies for the environmental management of a highly anthropized estuary: Potencial de mobilização de poluentes na baía de Santos/Brasil: subsídios para a gestão ambiental de um estuário altamente antropizado. Brazilian Journal of Development, 8(12), 80834–80864. https://doi.org/10.34117/bjdv8n12-266
Okbah, M.A., Nasr, S.M., Soliman, N.F., Khairy, M.A., 2014. Distribution and contamination status of trace metals in the Mediterranean Coastal Sediments, Egypt. Soil Sediment Contam. 23, 656–676.
Pacioglu, O., Moldovan, O.T., 2016. Response of invertebrates from the hyporheic zone of chalk rivers to eutrophication and land use. Environ. Sci. Pollut. Res. - Int. 23, 4729–4740.
Peck, L.S., 2018. Antarctic marine biodiversity: adaptations, environments and responsesto change. Oceanogr. Mar. Biol. 56, 105–236.https://doi.org/10.1201/9780429454455-3.
Pesce, S., Margoum, C., Montuelle, B., 2010. In situ relationship betweenspatio-temporal variations in diuron concentrations and phototrophic biofilmtolerance in a contaminated river. Water Res. 44, 1941–1949.
RAMOS JUNIOR, A.B.S.; CRUZ, M.J.M. (2012) Variabilidade espaçotemporal de parâmetros físico-químicos e metais pesados no rio São Paulo, município de Candeias, Bahia. Geociências, v. 31, n. 4, p. 622-637.
Rios, E. de C. (2009). Compendium of Brazilian sea shells. (1st ed.). Evangraf.
Rocha, M. L., Sá, F., Campos, M. S., Grassi, M. T., Combi, T., & Machado, E. C. (2017).
Metals impact into the Paranaguá Estuarine Complex (Brazil) during the exceptional flood of 2011. Brazilian Journal of Oceanography,65(1), 54–68.
Romero-Fereira, P., Acosta, V., & Jiménez-Ramos, E. (2022). Fauna bentónica y valoración ambiental de la ensenada de Carenero, Venezuela. Brazilian Journal of Animal and Environmental Research, 5(1), 758-781.
Rovai, A., Soriano-Sierra, E., Pagliosa, P., Cintrón, G., Schaeffer-Novelli, Y., Menghini, R., et al., 2012. Secondary succession impairment in restored mangroves. Wetl. Ecol. Manag. 20, 447–459.
Runck, C., 2007. Macroinvertebrate production and food web energetics in an industrially contaminated stream. Ecol. Appl. 17 (3), 740–753.
Santos, L. T. S. O. & Jesus, T. B. Caracterização de metais pesados das águas superficiais da bacia do Rio Subaé (Bahia). Geochimica Brasiliensis 28 (2), 137–148.
Spooner, D. R., Maher, W. A., & Otway, N. (2003). Trace metal concentrations in sediments and oysters of Botany Bay, NSW, Australia. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 45(1), 92–101. https://doi.org/10.1007/s00244-002-0111-0
Strungaru, S.A., Pohontiu, C.M., Nicoara, M., Teodosiu, C., Baltag, E.S., Jijie, R., Plavan, G., Pacioglu, O., Faggio, C., 2021. Response of aquatic macroinvertebrates communities to multiple anthropogenic stressors in a lowland tributary river. Environ. Toxicol. Pharmacol. 87, 103687.
Taheran, M., Naghdi, M., Brar, S.K., Verma, M., Surampalli, R.Y., 2018. Emerging contaminants: here today, there tomorrow! Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 10, 122–126.
TUREKIAN, K. K.; WEDEPOHL, K. H. 1961. Distribution of the elements in some major units of Earth’s crust. Bull. Geol. Soc. Bull. Geol. Soc. Am., v. Am. 72, p. 175-192.
Turra, A., & Denadai, M. R. (2015). Bibliografia para identificação taxonômica. In Protocolos para o monitoramento de habitats bentônicos costeiros - Rede de Monitoramento de Habitat Bentônicos Costeiros - ReBentos (p. 258). Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo.
Underwood, A.J., 1993. The mechanics of spatially replicated sampling programmes to detect environmental impacts in a variable world. Aust. J. Ecol. 18, 99–116.
Vieira, K.S., Baptista Neto, J.A., Crapez, M.A.C., Gaylarde, C., Pierri, B.da S., Saldana-Serrano, M., Bainy, A.C.D., Nogueira, D.J., Fonseca, E.M., 2021. Occurrence of microplastics and heavy metals accumulation in native oysters Crassostrea Gasar in the Paranagua ´ estuarine system, Brazil. URL Mar. Pollut. Bull. 166, 112225.
Walkley, A., Black, I.A., 1934. An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci. 37 (1), 29–38.
Yi, Y.J., Yang, Z.F., Zhang, S.H., 2011. Ecological risk assessment of heavy metals insediment and human health risk assessment of heavy metals in fishes in themiddle and lower reaches of the Yangtze River basin. Environ. Pollut. 159,2575–2585.
Yin, K., Lin, Z., Ke, Z., 2004. Temporal and spatial distribution of dissolved oxygen in the Pearl River Estuary and adjacent coastal waters. Cont. Shelf Res. 24, 1935–1948.
Zhang, You, Liu, Ling, Cai, Yong-jiu, et al., 2015. Benthic macro-invertebratecommunity structure in rivers and streams of Lake Taihu Basin andenvironmental determinants. China Environ. Sci. 35 (5), 1535–1546.
Zhao H, Wang X, Li X (2017) Quantifying Grain-Size Variability of Metal Pollutants in Road-Deposited Sediments Using the Coefficient of Variation. Int J Environ Res Public Health 14(8): 850.
