OCORRÊNCIA DE ALGAS POTENCIALMENTE TOXIGÊNICAS EM MANANCIAIS DO CARIRI PARAIBANO

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1 OCORRÊNCIA DE ALGAS POTENCIALMENTE TOXIGÊNICAS EM MANANCIAIS DO CARIRI PARAIBANO Annemarie König (1) Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de S. Carlos (1977). PHD em Botânica pela Universidade de Liverpool - Inglaterra (1984). Prof a. Adjunta e Coordenadora da Área de Engenharia Sanitária e Ambiental do Depto. de Eng. Civil do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba - UFPB - Campus II - Campina Grande - PB. Beatriz Susana Ovruski de Ceballos Graduada em Bioquímica pela Universidade Nacional de Tucuman - Argentina (1974). Mestre em Microbiologia e Imunologia pela Escola Paulista de Medicina (1984). Doutora em Microbiologia Ambiental pela Universidade de São Paulo (1995). Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Civil e Chefe do Laboratório de Saneamento da Área de Engenharia Sanitária e Ambiental do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba - UFPB - Campus II - Campina Grande - PB. Petrúcio N. Silva Graduando em Engenharia Civil da Universidade Federal da Paraíba e bolsista do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC/UFPB) da Universidade Federal da Paraíba. Takako Watanabe Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de São Carlos (1967). Mestre em Ecologia pela Universidade Federal de São Carlos (1978). Professora Adjunta do Departamento de Ecologia e Sistemática do Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) e Coordenadora do PRODEMA Programa Regional de Pós-Graudação em Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal da Paraíba - UFPB Campus I - João Pessoa - PB. Endereço (1) : R. Manoel Alves de Oliveira, Catolé - Campina Grande - PB - CEP: Brasil. RESUMO A diversidade algológica de 10 açudes da microregião homogênea dos Cariris Velhos (Paraíba) foi avaliada e se distribuiu em 4 grupos principais: Cianobactérias (algas verde azuladas), Euglenophyta (algas flageladas), Chlorophyta (algas verdes) e Bacillariophyta (diatomáceas). Dentre as cianobacteiras identificadas destacaram-se os gêneros Oscillatoria, Aphanizomenon, Anabaena, Rhaphidiopsis, Microcystis, Gomphospheria, Spirulina e Merismopedia. Muitas destas espécies são capazes de produzir endotoxinas ou liberá-las no meio aquático após sua morte. A proliferação excessiva destas algas interfere na biota prejudicando a cadeia alimentar e causar intoxicação humana ou pela injestão das águas ou através do contato direto nas atividades de recreação além de interferir nas operações de tratamento de água. Devido a elevada capacidade adaptativa das cianobactérias (ex. fixam nitrogênio atmosférico e incorporam ativamente o ortofosfato solúvel na água) este grupo específico de algas prolifera facilmente em ambientes onde a temperatura e a salinidade são elevadas como é o caso de muitos açudes nordestinos. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1348

2 Embora a presença de cianobactérias nos mananciais seja estimulada por fatores ambientais, sua predominância é determinada pelo enriquecimento destas águas com nutrientes, resultantes do uso indevido da terra nas margens em ativdades agropastoris. PALAVRAS-CHAVE: Algas Toxigênicas, Açudes, Nordeste Brasileiro, Mananciais. INTRODUÇÃO Apresenta-se a caracterização algológica, microbiológica e físico-química de 10 açudes do semi-árido paraibano, usados como mananciais de água potável, localizados na microregião homogênea dos Cariris Velhos. A zona caracteriza-se pelas rochas do complexo gnássico-migmatítico-graniolítico afetado por intrusões de rochas magmáticas do tipo gabro, granitos e basaltos e com solos bruno não cálcicos pouco espessos e pedregosos. Esta geologia afeta a qualidade da água que se apresenta salinizada, com predominância de cloretos, bicarbonatos e carbonatos (Leprun, 1983). O clima predominante é o semi-árido quente com precipitação pluviométrica entre 200 e 800mm anuais, temperaturas máximas e mínimas entre 22 o C e 28 o C, responsável pela evapotranspiração elevada ( 7mm/dia de lâmina de água; LMRS,1996). Visto seus múltiplos usos, destacando-se o consumo humano e a dessedentação de animais, a caracterização da comunidade de algas nos corpos lênticos tropicais é importante pois as altas temperaturas da água propiciam condições para a proliferação de cianobactérias, que alteram o equilíbrio ecológico-sanitário do manancial. Algumas dessas algas, (Microcystis, Oscillatoria, Nodularia, Anabaena, Aphanizomenon), são produtoras de neuro e hepatotoxinas (Himberg et al., 1989) além de causar transtornos diversos nas ETA s, interferindo na coagulação química, decantação e filtração (di Bernado, 1995). Todavia com o avanço da estação seca e o aumento da temperatura e da evaporação com a elevação da concentração de sais, aumenta a condutividade elétrica, fatores estes que exercem uma forte pressão seletiva sobre a diversidade do fitoplâncton e tendem a estimular ainda mais o crescimento de cianobactérias (Ceballos et al., 1998, no prelo). Por outro lado, diversos trabalhos mostram a contaminação fecal elevada de vários mananciais (Ceballos et al., 1997) evidenciando o alto risco à saúde que estas águas impõem aos usuários sendo necessário a avaliação sanitária através das bactérias do grupo coliformes fecais. Este estudo forma parte de um projeto mais abrangente que objetiva, através do monitoramento sistemático, avaliar a qualidade das águas dos compartimentos horizontais e verticais dos reservatórios e registrar suas variações espaço-temporais com a finalidade de gerar um banco de dados que subsidiem a modelagem matemática e contribuindo assim com os programas de gerenciamento e manejo sustentado para os mananciais nordestinos, vitais para a sobrevivência do sertanejo. MATERIAIS E MÉTODOS Esta fase da pesquisa foi realizada no período de nov-dez/97 (época seca) em 10 açudes, que foram amostrados na superfície e à 20 cm de profundidade em horários que variaram entre 9:30 e 15:30h. A coleta foi feita de forma manual e a amostras foram preservadas à <10 o C, até o momento do processamento. Foram identificadas as algas e quantificadas a biomassa fitoplanctônica (clorofila a ; Jones, 1979), os coliformes fecais (membrana 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1349

3 filtrante, APHA,1995), a condutividade elétrica, a DBO 5, os sólidos suspensos e suas frações fixa e volátil, o nitrogênio amoniacal, o fósforo total e o ortofosfato solúvel (APHA, 1995). RESULTADOS A diversidade de algas em cada açude (Tabelas 1 e 1a) se distribuiu em 4 grupos principais: Cianobactérias (algas verde-azuladas), Euglenophyta (algas flageladas), Chlorophyta (algas verdes), Bacillariophyta (diatomáceas). Em 8 mananciais foi observado a presença de cianobactérias: Oscillatoria, Aphanizomenon, Anabaena, Rhaphidiopsis, Microcystis, Gomphospheria, Spirulina, Merismopedia. Dentre as cianobactérias (ou algas verde-azuladas) encontradas, muitas espécies são capazes de produzir exotoxinas ou liberá-las após sua morte, sendo as principais Microcystis aeruginosa, Oscillatoria agardhii, Anabaena flos-aquae. A presença destas algas afeta a biota aquática prejudicando a cadeia alimentar ao inibir o desenvolvimento de outras algas, de invertebrados planctonicos, peixes e até aves e mamíferos. O homem pode ser intoxicado pela ingestão das águas onde elas proliferam ou através de contato direto nas atividades de recreação (di Bernardo, 1995). Dos gêneros identificados, no açude São José houve predominância de Oscillatoria e de Rhaphidiopsis, de Microcystis e Cylindrospermum no açude de Sumé. Oscillatoria é um gênero muito bem estudado, e suas várias espécies podem causar problemas operacionais e organolépticos, que vão desde a obstrução de filtros até a produção de odor de grama ou tempero, quando em grande número (di Bernardo, 1995). Por se tratar de microrganismos com alta capacidade de reprodução formam as conhecidas florações das águas em ambientes bastante diversificados quimicamente. Têm habilidades específicas, como o desenvolvem-se em ambientes com temperaturas de 70 o C (Round, 1981) até 85 o C (Round,1973) e fixarem nitrogênio atmosférico quando este elemento estiver ausente ou escasso no ambiente aquático. Porém, nenhum dos gêneros encontrados causa tanta preocupação como a presença do gênero Microcystis aeruginosa que, junto a Anabaena flos-aquae e Aphanizomenon flos-aquae são algas potencialmente toxigênicas. Sua presença em reservatórios de abastecimento confere cor à água, forma limo nas paredes, causa corrosão do concreto e ainda persistem nos sistemas de distribuição, produzem odor de capim (quando as colônias estão vivas), e séptico, (quando entram em decomposição), conferem gosto adocicado à água. Porém, todas estas características não superam o perigo de sua capacidade de produzir toxinas, que causam distúrbios gastrointestinais, respiratórios, neurológicos e alergias ao homem (di Bernando, 1995). Essas toxinas são, ou substâncias alcalóides, que causam bloqueio neuro-muscular (neurotoxinas) ou hepatotoxinas, que são polipeptídeos de baixo peso molecular, atuando lentamente sobre o fígado. As hepatotoxinas de cianobactérias do gênero Microcystis e Nodularia, denominadas de microcistinas e nodularinas, podem produzir intoxicações agudas ou crônicas com dosagem crítica para o homem de 1g/L. O florescimento de cianobactérias ocorre em ambientes com poluição orgânica que estimulam sua rápida reprodução, chegando até a formar uma camada bastante espessa na superfície de corpos aquáticos. Existem evidencias que a capa gelatinosa que envolve a colônia de Microcystis é capaz de incorporar ativamente o ortofosfato solúvel da água, e esta incorporação aumenta em função da temperatura, sendo máxima à 30 o C (Okino, 1973). A acumulação de ortofosfato nas épocas de excesso deste nutriente na água e sua utilização nas ocasiões de escassez, dariam uma grande vantagem competitiva à Microcystis quando comparado ao 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1350

4 metabolismos de algas eucarióticas, o que favoreceria seu estabelecimento definitivo e seu desenvolvimento maciço nos mananciais, eliminando as espécies autóctones. Este fenômeno de substituição de espécies típicas por exóticas é um sintoma de eutrofização avançada. Estudos desenvolvidos por Graham et al. (1998) em ambientes eutróficos, revelaram que a biomassa algal e seus produtos extracelulares podem atuar como precursores de trialometanos além de ácidos fúlvicos e húmicos. Os autores verificaram que a cianobactéria Anabaena flos-aquae foi capaz de produzir dez vezes mais trialomentanos que a diatomácea Asterionella formosa. A formação de trialomentanos a partir da biomassa algal e dos produtos extracelulares é dependente do ph, da razão carbono/cloro, tempo de contato e temperatura, aumentando de forma direta com o aumento dos valores desses parâmetros. Para evitar a formação destes compostos é necessário controlar a população algal nos mananciais, tentando-se prevenir seu estabelecimento e predominância e substituindo-se a pre-cloração por desinfetantes alternativos. Em alguns mananciais foi observada a predominância apenas de Trachelomonas spp. (açudes Canudo e Bichinho) enquanto que nos açude Orodongo e Gurjão, também o gênero Euglena spp. foi abundante. A predominância desses dois gêneros é própria de ambientes com elevada matéria orgânica biodegradável, uma vez que dependem de fatores de crescimento como a vitamina B 12 (Bold & Wyne, 1978, Round, 1973) e de ferro (Round, 1973), um componente da carapaça externa do gênero Trachelomonas, sendo ambos introduzidos com os esgotos. A presença de material orgânico biodegradável (DBO 5 ) nestas águas foi variável entre 2mg/L, no açude Poções (onde nenhum gênero de alga foi predominante), evidenciando escassa ou ausência de poluição orgânica, até 64mg/L no açude S. José, onde os gêneros Oscilatória e Rhaphidiopsis foram predominantes confirmando a presença de matéria orgânica e do processo de eutrofização. Estes valores altos foram associados à presença de algas, que se estratificaram na massa de água, uma vez que os valores da biomassa algal e de DBO 5 foram ligeiramente mais altos à 20 cm do que na superfície. Nos reservatórios com maior biomassa algal (expressa como clorofila a ) com valores entre 300 e 850µg/L (açude Poções) também foram encontrados os valores mais elevados de sólidos suspensos totais. Outro gênero predominante foi Micractinium spp. que também é típico de ambientes enriquecidos por matéria orgânica. Algumas dessas espécies são conhecidas por produzirem odor e sabor de peixe na água, além de formarem lodo nas ETA s, coloração na água, persistência no sistema de abastecimento e colmatação de filtros (Branco, 1986; di Bernando 1995). Porém não existem referências se algas flageladas e verdes causam danos ao homem e à biota aquática como o fazem as cianobactérias, embora o seu controle no manancial seja também importante. Com relação às características físicoquímicas da água, a temperatura foi elevada, entre 30 e 37 o C, em função da hora da coleta e da época do ano, não havendo diferenças significativas entre as amostras da superfície e à 20cm de profundidade. Durante o verão, na região Nordeste, a elevada temperatura do ar provoca intensa evaporação da água, aumentando a concentração salina de alguns açudes e que se reflete nos elevados valores de condutividade elétrica (µmho/cm) de alguns açudes: Prata ( ); Poções ( ); São José ( ); Sumé( ) e Gurjão ( ). É interessante destacar que nos açudes São José, Prata e Sumé, onde os valores de condutividade elétrica foram elevados e portanto continham maiores concentrações de sais dissolvidos, a fração fixa dos sólidos suspensos (que expressa a porção inorgânica) excedeu em mais de 50% a fração volátil ou seja, os sólidos suspensos fixos expressaram bem o processo de salinização das águas desses mananciais. Esses valores altos de concentração salina, conferem gosto à água tornando-a inadequada para o consumo humano e caso sejam utilizadas para irrigação de culturas, 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1351

5 reduzem a produtividade agrícola, acelerando o processo de salinização do solo culminando com a inutilização das áreas cultiváveis. Nos demais mananciais a condutividade elétrica não excedeu 370µmnho/cm evidenciando a heterogeneidade da qualidade das águas dos mananciais paraibanos.. As concentrações de amônia apresentaram fortes flutuações inter e intra açudes: desde ausência da superfície até 20cm (Natuba) ou somente na superfície nos açude Poções (0,66mg/L) e Umbuzeiro (0,1mg/L). O açude São José teve a maior concentração (3,06-2,73 mg/l), assim como a DBO 5 mais elevada (62-64mg/L), sólidos suspensos ( mg/L) e clorofila ( µg/L) evidenciando que o processo de eutrofização está em andamento o qual interfere na qualidade da água do manancial com riscos ao consumidor. Nos açudes Prata e Sumé, a elevada concentração salina (CE entre 1200 e 1900 µmho/cm) parece ter interferido na determinação de amônia com formação de intensa turbidez impedindo a leitura espectrofotométrica. O fósforo total foi elevado nos açudes São José (0,05-1,32mg/L), Umbuzeiro (6,04-0,37mg/L) e Sumé (superfície 6,13mg/L), porém apenas no açude São José houve correspondência com valores elevados de clorofila a. A faixa de concentrações de fósforo total (6,13-0,10mg/L) indica altas cargas de fósforo nos reservatórios sugerindo um processo de eutrofização, se forem considerados como valores limite de 5-10µg/L para ambientes oligotróficos e de 10-20µg/L para ambientes mesotróficos. O ortofosfato, teve concentrações variáveis, desde ausente, (ou seja, inferior ao limite de detecção da técnica, que é de 0,01mg/L) nos açudes São José, Umbuzeiro, Gurjão, Natuba e Canudo até 0,16mg/L no açude Poções. Os teores de clorofila a foram elevados no açude São José, entre 764 e 850 µg/l, devido à predominância de gêneros de cianobactérias como Oscillatoria spp. e Rhaphidiopsis spp. Nos demais, embora não se observasse um gênero predominante, a biomassa algal oscilou desde 3,9µg/L (Poções superfície) até 300µg/L (Prata à 20cm), evidenciando processos de eutrofização em andamento nos vários mananciais. O monitoramento da diversidade das algas e da qualidade das águas de mananciais é uma ação de extrema importância na política de gerenciamento dos mananciais, na medida que esses parâmetros respondem às alterações que ocorrem no corpo aquático, alertando para o avanço deletério da eutrofização e dos risco a que estão submetidos todos os seres vivos que dele dependem. Apesar de sua importância sanitária, a contaminação fecal (expressa pela concentração de coliformes fecais), nem sempre é avaliada nos açude nordestinos. Os reservatórios analisados tiveram uma contaminação fecal bastante variada, desde 200 UFC/100mL (açude São José) até 9,8x10 3 UFC/100mL (açude Canudo). A baixa contaminação das águas do açude S.José poderia estar relacionado ao alta concentração de algas Microcytis, uma vez que é conhecido o efeito bactericida de produtos extra-celulares de algumas algas (ex. Chlorella) sobre a população bacteriana. Entretanto, valores superiores a 1000 UFC/100mL de coliformes fecais não são recomendados para uso irrestrito. A alta salinidade do açude São Paulo (C.E. 1969µmho/cm) parece não ter interferido na presença de bactérias fecais, como foi observado por Ceballos et al. (1997) em outros açude da região. CONCLUSÃO Conclui-se que a imensa maioria dos mananciais dos Cariris Velhos, usados como fonte de água potável apresentaram abundantes cianobactérias, algumas potencialmente produtoras de toxinas. Embora a presença de cianobactérias seja estimulada pelos fatores ambientais (ex. temperatura elevada), sua predominância é determinada pelo 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1352

6 enriquecimento destas águas com nutrientes, resultante do uso indevido da terra nas margens dos mananciais por atividades agropastoris. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA-AWWA-WPCF (1995). Standart Methods for the Examination of Water and Wasterwater. American Public Health Association 19 a Edition, Washigton D. C. 2. Bold, H.C; Wyne,M.J. (1978). Introduction to the algae. Structure and reproduction. Printece-Hall Inc. New Jersey.755p. 3. Branco, S. M. (1986). Hidrobiologia aplicada à Engenharia Sanitária. 3 a edição, São Paulo, CETESB/. ASCETESB, 640p. 4. Ceballos, B. S. O. de; Diniz, C. R.; Konig, A. (1998). Algas como bioindicadores do nível trófico de ecossistemas lênticos do semi-árido paraibano. Revista de Engenharia Sanitária (no prelo). 5. Ceballos, B.S.O. de; Konig, A.;Diniz, C.R.; Watanabe, T.; Mishina, S.V. (1997). Variabilidade da qualidade das águas de açudes nordestinos. Anais do 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental (em CD-ROM). 6. Di Bernardo, L. (1995). Algas e suas influências na qualidade das águas e nas tecnologias de tratamento. Ed. Luiz Di Bernardo e ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental Rio de Janeiro (RJ) 7. Graham, N. J. D.; Wardlaw, V. E.; Perry, R.; Jiang, J-Q. (1998). The significance of algae as trihalomethane precursors. Wat. Sci. Tech. 37 (2), Himberg, K.; Keijola, A-M.; Husvirta, L.; Pyysalo, H.; Sivonen, K. (1989). The effect of water treatment processes on the removal os hepatotoxins from Microcystis and Oscillatoria cyanobacteira: a laboratory study. Wat. Res. 23, Jones, J. G. (1979). A guide to methods for estimating microbial numbers and biomass in fresh waters. London, Freshwater Biological Association 39, 112p. 10. Leprun, P. (1983). Primeira avaliação das águas superficiais do Nordeste. Relatório Final de Convênio. SUDENE Recife (PE), 141p. 11. LMRS (1996). Hidroinforme. Boletim de monitoramento de açudes da Paraíba. 12. Okino, T. (1973). Studies on the blooming of Microcystis aeroginosa. II. Rapid accumation of phosphate by Microcystis aeroginosa. J.Fac.Sci.Shinshu Univ. 8, Round, F.E. (1981). The ecology of algae. Cambridge University Press, Camobridge, 653p. 14. Round, F.E. (1973). The biology of algae. Cambridge University Press, Camobridge, 278p. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1353

7 Tabela 1: Resultados dos parâmetros biológicos, microbiológicos e físico-químicos de 10 açudes do semi-árido paraibano. MONTEIRO UMBUZEIRO COXIXOLA GURJÃO São José Poções Orodongo Lagoa de Cima Gurjão Prof. Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Hora 9:30 9:35 10:05 10:00 16:30 16:35 10:25 10:20 9:00 9:00 NÚMEROS DE GÊNEROS São José Poções Orodongo Lagoa de Cima Gurjão Cyanobacteria Euglenophyta Chlorophyta Bacillariophyta Pyrrophyta Total Predominante O/R (1) O/R - - E/T (2) E (3) E (3) PARÂMETROS BIOLÓGICO, MICROBIOLÓGICO E FÍSICO-QUÍMICOS São José Poções Orodongo Lagoa de Cima Gurjão Cl. a (µg/l) CF UFC/100mL) ND ND ND 4,8x10 3 ND 2,8x10 3 ND 6,8x10 2 T ( o C) ph 8,5 8,7 8,6 8,9 7,6 7,6 9,2 9,1 9,3 8,3 CE (µmho/cm) DBO 5 (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) SSV (mg/l) Amonia (mg/l) 3,06 2,73 0,66 0,0 0,1 0,0 0,17 0,4 0,27 0,18 PT (mg/l) 0,95 1,32 0,66 0,72 6,04 0,37 0,11 0,10 0,50 0,10 Orto (mg/l) 0,0 0,0 0,16 0,15 0,0 0,0 0,05 0,0 0,0 0,0 (1) O Oscillatoria; R Rhaphidiopsis; (2) E Euglena; T Trachelomonas; (3) E Euglena. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1354

8 Tabela 1a: Resultados dos parâmetros biológicos, microbiológicos e físico-químicos de 10 açudes do semi-árido paraibano. Prata Sumé Natuba R.S.Antonio B.S.Miguel São Paulo Sumé Natuba Canudo Bichinho Prof. Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Sup. 20cm Hora 13:00 13:00 11:30 11:30 15:30 15:30 12:15 12:20 10:45 10:50 NÚMEROS DE GÊNEROS São Paulo Sumé Natuba Canudo Bichinho Cyanobacteria Euglenophyta Chlorophyta Bacillariophyta Pyrrophyta Total Predominante - - M/C (4) M/C (4) - - T (5) T (5) T (5) - PARÂMETROS BIOLÓGICO, MICROBIOLÓGICO E FÍSICO-QUÍMICOS São Paulo Sumé Natuba Canudo Bichinho Cl. a (µg/l) CF UFC/100mL) ND 6,8x10 3 ND 7,6x10 3 ND 3,3x10 3 ND 9,8x10 3 ND ND T ( o C) ph 8,9 8,7 8,9 8,8 8,0 8,0 8,5 8,6 10,7 10,1 CE (µmho/cm) DBO 5 (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) SSV (mg/l) Amonia (mg/l) 5,33 * 5,60 * 2,07 * 1,06 0,0 0,0 0,43 0,20 0,59 0,10 PT (mg/l) 1,3 0,22 6,13 0,56 0,10 0,18 5,85 8,2 0,14 1,1 Orto (mg/l) 0,01 0,0 0,11 0,10 0,0 0,0 0,0 0,0 0,09 0,02 * presença de turbidez. (4) M Micractinium; C - Cyclotella; (5) T - Trachelomonas. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1355