IV Seminário do Projeto Interdisciplinar de Pesquisa em Eutrofização de Águas de Abastecimento público, Novembro 2003

Núcleo Temático:

Ecologia de Cianobactérias

Coordenadores:Dr. Luciano F. Fernandes (UFPR-Botânica)

Dra. Maria Lúcia B. Medeiros (IAP) Biól. Cláudia Vítola (SANEPAR)

1. Introdução• O governo do estado do Paraná tem desenvolvido importantes programas

visando aumentar a capacidade dos mananciais para o abastecimento de água potável. Entretanto, ela não tem sido suficiente para compatibilizar a demanda de água decorrente do crescimento populacional e a capacidade de captação atualmente instalada. (EUTROFIZAÇÃO E OCUPAÇÃO URBANA)(EUTROFIZAÇÃO E OCUPAÇÃO URBANA)

• Reservatório do Iraí: 40% do abastecimento de água para consumo na Região Metropolitana de Curitiba.

• Desde o término de seu enchimento no início de 2001, o reservatório vem sofrendo processo contínuo de degradação ambiental, afetando inclusive a qualidade de suas águas.

• Massivas florações das microalgas cianobactérias Anabaena sp. e Microcystis sp., comprometendo seriamente a qualidade de água e resultando em elevados custos de tratamento por parte da empresa responsável pelo saneamento no Paraná.

2. ObjetivosTrês subprojetos estiveram envolvidos no núcleo temático “Ecologia de

Cianobactérias”, atendendo aos seguintes objetivos:2.a Desenvolver um estudo sobre a ecologia da comunidade de microalgas, com

ênfase em cianobactérias, para determinar os fatores ambientais que conduzem à eutrofização e ao crescimento intensivo das cianobactérias dominantes (Dr. Luciano F. Fernandes – Depto de Botânica, UFPR)

2.b Avaliação da flutuação da concentração da biomassa fitoplanctônica no Reservatório do Iraí, através da Clorofila a, com vistas a elaborar um sistema de níveis de alerta, como ferramenta para o acompanhamento da floração de cianobactérias e indicação de regras de manejo para minimização dos efeitos da eutrofização (Dra. Maria Lúcia B. Medereiros, IAP)

2.c Investigar a variação diária da migração vertical de cianobactérias no Verão e Inverno e a ocorrência de cianotoxinas, nas diferentes alturas de tomada de água pela comporta na barragem do reservatório (Biól. Cláudia Vítola, SANEPAR).

3. Material e MétodosColetas: realizadas de Março 2002 a Agosto 2003 (Fig.1).•3.a Sucessão Sazonal, e Distribuições Vertical e Horizontal do FitoplânctonAMOSTRAS coletadas quinzenalmente em três profundidades (sup., base da zona fótica e fundo) na área mediana da barragem (PC502), região mais profunda do reservatório; e mensalmente na superfície em outras estações.

•3.b Concentrações de Clorofila-a e Níveis de Alertaclorofila a – método de NUSCH, et. al., 1980 (modificado, extração com etanol a 95%, a frio).Níveis de Alerta elaborados com base em OMS (1999), a partir do dados coletados em campo (clorofila-a, abundância, temperatura, oxigênio dissolvido, pH e transparência).

Reservatório Reservatório do Iraído Iraí

ESTAÇÕES DE COLETA

• Ecologia do Fito: 07

• Clorofila-a: 12

• Variação nictemeral: 01

PC 502: sup., Z.F., Fundo, PC 502: sup., Z.F., Fundo, migração verticalmigração vertical

3. Material e Métodos3.c Variação Diária (24hs) das

cianobactérias abundantes• As coletas foram realizadas em

quatro campanhas de amostragens (Verão e Inverno), de 4 em 4 horas, em um período de 48 horas, em três profundidades. Cianobactérias contadas de acordo com CETESB (1991)

• Análise de Cianotoxinas: testes de toxidez com camundongos LD50, e análises cromato-gráficas em HPLC para Micro-cistina, Saxitoxinas e Cilindros-permopsinas

4. Resultados e Discussão4.a Sucessão Sazonal, e Distribuições Vertical e Horizontal do

Fitoplâncton • O reservatório do Iraí apresenta comunidade fitoplanctônica

dominada por cianobactérias, frequentemente ocorrendo na forma de florações. As espécies são tóxicas ou nocivas, a saber: M. aeruginosa, C. raciborskii, A. solitaria, entre outras (Fig. 02).

• 03 espécies mais importantes: sucessão sazonal bem distinta, e máximos de crescimento freqüentemente em períodos não coincidentes. (Fig. 03)

• Distribuição HorizontalDistribuição Horizontal: durante eventos de florações é fortemente influenciada pelos ventos predominantes na região (Nordeste e Leste) e conseqüente circulação do reservatório. (Fig. 04)

Fig. 02: Variação anual da clorofila-a e do fitoplâncton no Reservatório do Iraí, de Março de 2002 a Agosto de 2003. Note a coincidência de valores mais elevados entre os dois parâmetros. As setas indicam os eventos de florações de cianobactérias. Os pontos em azul representam as profundidades coletadas (sup., ZF, Fundo)

Fitoplâncton to tal (céls/m L)

-10

-8

-6

-4

-2

0

Pro

f. (m

)

120000

m a m j j a s o n d j f m a m j j a20032002

Clorofila-a (µg/L)

-10

-8

-6

-4

-2

0P

rof.

(m)

70-10060 >70

30

30

• A partir dos resultados descritos, os fatores ambientais responsáveis pela sucessão e crescimento intensivo das cianobactérias parecem ser:

a.temperatura elevada no final do verão simultânea a depleção de nutrientes devido ao consumo por Microcystis, favorecendo C. raciborskii e A. solitaria, mas não Microcystis spp;

b. elevado aporte de nutrientes no início do verão, carreados pelas chuvas, favorecendo M. aeruginosa, com taxa de crescimento maior do que as espécies filamentosas;

c. auto-regulação pelas próprias espécies dominantes, ou seja, quando uma espécie de rápido crescimento (como Microcystis) consome os nutrientes nos períodos de maior concentração, ocorre sua redução em abundância, cedendo espaço para espécies filamentosas com estratégia de assimilação de N gasoso por meio de heterócitos, e que exibem fisiologia tipo consumo em excesso de P. Estas estratégias também são dependentes dos fatores ambientais descritos acima.

Cyanobacteria Tota l (céls/m L)

-10

-8

-6

-4

-2

0

Pro

f. (m

)

C yanophyta filam entosas (cé ls/m l)

-10

-8

-6

-4

-2

0

Pro

f. (m

)

105000

M icrocystis aeruginosa (cé ls/m L)

-10

-8

-6

-4

-2

0

Pro

f. (m

)

>67000

>10

0000

>80000

C. raciborskii Cyanophyta sp Anabaena solitaria

>60000

m a m j j a s o n d j f m a m j j a20032002

<7000 <7000

45100

Fig. 03: Variação anual das espécies dominantes de cianobactérias nocivas no Reservatório do Iraí, de Março de 2002 a Agosto de 2003. Note a sucessão das espécies ao longo do período estudado, bem como sua distribuição vertical bem evidente (setas).

Distribuição Horizontal Distribuição Horizontal de Cianobactériasde Cianobactérias

194177

40,58

10036

46,58

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

PC 503

PC 503

199563

25,65

14506

96,44

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

PC 507

PC 507

39035

39,07

52734

90,86

1

10

100

1000

10000

100000

PC 502s

PC 502

124409

34,04

3612

29,9

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

PC 505

PC 505

200726

19,73

4415

42,41

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

PC 508

Pc 508

01

1

LegendaC. raciborskii18/03/02 céls/mlChl-a 18/03/02

Microcys tis spp 07/10/2002 céls/mlChl-a 07/10/02

26806

20,72

42036

35,39

1

10

100

1000

10000

100000

PC 506

PC 506

187343

40,01

2685

31,34

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

PC 504

PC 504

Modelo de circulação no Reservatório Iraí, Ventos: 2m/s quadrante Leste.

(Fig. 04)

4.b Concentrações de Clorofila-a e Níveis de Alerta (Figs 05 - 07)• Nas estações localizadas dentro do reservatório e a jusante da barragem os

níveis médios foram >20 µg/l em quase todos os meses, caracterizando ambientes eutróficos.

•  O sistema de NAsistema de NA proposto preliminarmente e os boletinsboletins tem se mostrado parcialmente eficazes, mas importantes ferramentas de informação aos técnicos envolvidos na rede. Reconhece-se no entanto, que as ações desencadeadas a partir de sua emissão e divulgação ainda não podem ser avaliadas, a saber: número de fiscalizações realizadas, medidas de manejo de captação de água, incremento no processo de tratamento de água.

• Há necessidade de estudos mais profundos para determinar a validade definitiva do sistema no reservatório do Iraí, e sua aplicabilidade no gerenciamento ambiental da água “in natura” e no do ponto de captação e posterior tratamento, então com enfoque sanitário (já previsto na Portaria MS 1469).

Fitoplâncton total x Clorofila a

0102030405060708090

mar

-02

mar

-02

abr-

02

mai

-02

jun-

02

jul-0

2

ago-

02

out-

02

nov-

02

dez-

02

jan-

03

fev-

03

mar

-03

abr-

03

mai

-03

jun-

03

jul-0

3

ago-

03

ago-

03

µg

Clo

r.-a

/L

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

céls

/mL(

----

)

Fig. 05: Variação anual do fitoplâncton e clorofila-a na estação PC 502, na superfície, para o Reservatório do Iraí. As barras coloridas delimitam os valores mínimos dos níveis de alerta, com base na clorofila-a. Os círculos em vermelho indicam a toxina microcistina e respectivas concentrações na água, detectada pela SANEPAR.

● (2146µg/L)● (2094µg/L)

● (2,8µg/L)

Clorofila-a (µg/L)(médias anuais nas diferentes estações de amostragem)

(Fig.6)

Fig. 07: Sistema de Níveis de Alerta, baseado em OMS, 1999). Os parâmetros selecionados ainda estão em processo de avaliação de aplicabilidade ao Reservatório do Iraí. A partir desta árvore de decisão foram elaborados 36 boletins informativos constatando, por exemplo, que 78% das coletas em 12 meses se enquadrariam no NA 2.

4.c Variação Diária (24hs) das cianobactérias abundantes• Algumas espécies apresentam nítida migração vertical, com implicações

importantes quando se deseja realizar o gerenciamento da tomada de água do reservatório com vistas à diminuição de cianobactérias no ponto de captação para tratamento de água. Deste modo, nos períodos com elevada densidade de Microcystis spp., a tomada de água poderia ser realizada nas aberturas de subsuperfície (4 e 6 metros), enquanto que nos períodos com dominância de Cylindrospermopsis (Março e Abril) a tomada de água seria pela comporta de superfície.

• A presença de cianotoxinas em elevadas concentrações em pelo menos dois meses de coletas mostra que as cepas de cianobactérias no reservatório efetivamente produzem toxinas. Nestes períodos, as densidades de Microcystis spp. foram superiores a 30.000-40.000 céls/L, sugerindo preliminarmente que este seria um valor a ser considerado no desenvolvimento posterior dos Níveis de Alerta propostos acima.

Amostra de Fitoplâncton

Cianobactérias

H

A

A

H

Florações de Microcystis

Florações de Microcystis

Florações de Microcystis e Anabaena

Florações de Microcystis