FRACIONAMENTO GEOQUÍMICO DO FÓSFORO EM SEDIMENTOS NA LAGOA DE ARARUAMA/RJ

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1 FRACIONAMENTO GEOQUÍMICO DO FÓSFORO EM SEDIMENTOS NA LAGOA DE ARARUAMA/RJ Kaylanne M. Silva 1 (M), Teresa C. S. M. Guimarães 2 (D), Júlio C. F. A. Wasserman 2 1 Programa de Pós-Graduação em Saúde Pública e Meio Ambiente, Fundação Oswaldo Cruz FIOCRUZ, Rio de Janeiro RJ, kay.montenegro@gmail.com 2 Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Universidade Federal Fluminense UFF, Niterói RJ. Resumo: A poluição orgânica na Lagoa de Araruama tem provocado sérios efeitos na estrutura do ecossistema e tem causado a intensificação do processo de eutrofização, que consiste no enriquecimento excessivo de nutrientes, provocando alterações nas comunidades biológicas da lagoa. O elemento fósforo é essencial à formação da matéria orgânica por integrar estruturas importantes em todo o sistema biológico. O fracionamento químico do fósforo em sedimentos fornece importantes informações sobre o comportamento geoquímico e a biodisponibilidade desse nutriente. O objetivo deste estudo é estudar a dinâmica do ciclo biogeoquímico do fósforo nos sedimentos da laguna de Araruama, a fim de observar as influências naturais e antrópicas presentes e determinar seu potencial como indicador de eutrofização na laguna. A obtenção das formas do fósforo foi realizada pelo método SEDEX, proposto por Ruttenberg (1992). A forma de fósforo encontrada em maior concentração foi a forma ligada a carbonatos e apatita, chegando a níveis de 172,94 µg.g -1, indicando um ambiente com condições normais, por esta fase ser caracterizada por ser não reativa nesses ambientes. Palavras-chave: Extração Sequencial, Lagoa Hipersalina, Fosfato. Phosphorus chemical fractionation in sediments in the Araruama Lagoon/RJ Abstract: The aim of this study was to analyze the phosphorus forms of the Araruama Lagoon, in order to determine its role in the eutrophication process. This experiment showed characteristics of a non-eutrophic environment. Keywords: Sequential Extraction, Hypersaline Lagoon, Phosphate. Introdução As lagunas costeiras são ecossistemas de grande importância econômica devido a sua alta produção pesqueira. Porém, o homem, com seus diversos usos e crescimento desordenado nas cidades às margens, vem promovendo profundas alterações nas suas condições naturais, como por exemplo, o lançamento de lixo e esgotos, sem o devido tratamento, nos corpos d águas causando sua poluição e consequentemente intensificando o processo de eutrofização (Machado e Klein, 1993) que consiste na modificação das propriedades da d água (por exemplo, nitratos e fosfatos), provocando alterações nas comunidades biológicas das lagoas. O excesso de nutrientes na água causa a rápida multiplicação das algas, cujo metabolismo podem degradar a qualidade da água. Com isso, este ecossistema pode se tornar anaeróbico (ausência de oxigênio) e isso gera mortandade de peixes e outros organismos. Além disso, o excesso de nutrientes na água pelo lançamento de esgotos pode provocar também a multiplicação de microalgas, componentes do fitoplâncton, que são capazes de produzir toxinas que representam riscos à fauna desses ambientes, e podem ainda causar o envenenamento de pessoas que os consomem, gerando sérios riscos à saúde humana das comunidades locais (Fleming et al., 2006).

2 Assim, entende-se como consequências recorrentes da poluição de sistemas lagunares, a alteração da coloração da água a decomposição anaeróbica no fundo da lagoa, que libera gases e provocam mal cheiro, afetando atividades econômicas importantes, como o turismo local. A mortandade de muitas espécies de peixes e organismos importantes para o comércio causam um grande impacto sócio econômico na vida dos pescadores artesanais da região que vivem desta atividade. Além disso, as toxinas liberadas pela floração de algas podem afetar diretamente a saúde humana. Os municípios do entorno da Lagoa de Araruama (Figura 1) têm sofrido uma grave degradação ambiental devido ao rápido crescimento populacional da região nos últimos anos e isso tem causado uma brusca queda na qualidade da água e redução do espelho d água. (e.g.: Wasserman, Latouche et al., 1997; Knoppers, Bidone et al., 1999). Figura 1: Localização da área de estudos e posição dos municípios do entorno. Os rios que desaguam na laguna de Araruama são repletos de esgoto industrial e doméstico que não são devidamente tratados, isso torna suas águas em determinados pontos com coloração escura e cheiro forte e isso prejudica a população local. O grande problema das estações de tratamento de esgoto é que não são eliminados dos esgotos tratados os nutrientes como nitratos, fosfatos e minerais e isso acaba hipernutrindo o sistema lagunar. Assim, ocorre uma condição de eutrofização, gerando proliferações exageradas de algas e o oxigênio é consumido mais que o normal e proporciona a morte de peixes e de outros organismos, causando grandes problemas sociais e econômicos para população da região. (Paz, 2014). O sedimento é considerado um importante compartimento de estocagem de nutrientes e funciona como principal fonte de nutrientes para a coluna d água, sobretudo em ecossistemas costeiros de baixa profundidade. Em alguns casos, é possível que este estoque de nutrientes seja grande demais para garantir uma melhora na qualidade da água (Warken et al, 2002). O fósforo é um elemento essencial para o enriquecimento em matéria orgânica e atua como fator limitante na produção primária de ecossistemas aquáticos. Assim, o fósforo possui um papel ecológico importante no desenvolvimento do processo de eutrofização, que gera modificações nas propriedades físicas, químicas e biológicas do meio, com perdas da sua produtividade e biodiversidade. Com isso os processos que envolvem o fósforo no sedimento são importantes, pois determinam os impactos ambientais (Baturin, 2003).

3 O fósforo em condições naturais pode aparecer sob as seguintes formas: fósforo inorgânico não apatítico, fósforo inorgânico apatítico e fósforo orgânico. O estudo do ciclo biogeoquímico do fósforo em sistemas estuarinos constitui uma excelente ferramenta para o diagnóstico da qualidade ambiental, auxiliando também, os gestores ambientais em suas ações de preservação e manejo. O conhecimento das formas orgânicas e inorgânicas do fósforo em sedimentos fornece importantes informações sobre seu comportamento biogeoquímico (Protazio et al, 2004). A partir do conhecimento das formas em que o fósforo se encontra, poderemos discutir o real potencial de remineralização do fósforo como fonte no sedimento para a coluna d água. O objetivo deste estudo é estudar a dinâmica do ciclo biogeoquímico do fósforo nos sedimentos da laguna de Araruama, a fim de observar as influências naturais e antrópicas presentes e determinar seu potencial como indicador de eutrofização na laguna. Esses conhecimentos são importantes subsídios para a gestão ambiental eficiente deste ecossistema aquático, que é essencial para a proteção e promoção da saúde da população da região, bem como, da manutenção de sua qualidade de vida. Experimental As amostras (de 200 a 400 g de sedimento) foram coletadas com busca-fundo do tipo Vanveen na laguna de Araruama. A coleta de material foi feita em sete estações ao longo das margens do município de Iguaba Grande, visto ser a região mais populosa da região. Ainda no campo, uma alíquota das amostras foi centrifugada para a separação da água intersticial, na qual foram analisadas o ph, Eh e temperatura. As amostras foram colocadas em recipientes estanque e transportados para o laboratório em caixas térmicas a 4 C. A determinação do P sedimentar foi realizada com a extração das seguintes frações: Fósforo fracamente adsorvido (P-f.a.), Fósforo ligado a colóides férricos e mangânicos (P-Fe), Fósforo ligado a óxidos de metais (P-Me n+ ), Fósforo ligado a carbonatos e apatita (P-Ca) e Fósforo residual (P-res). Para a especiações do fósforo, o método adotado foi o sugerido por Brepohl (2000), modificado de Ruttenberg (1992), que consiste em uma extração sequencial, denominada de Método SEDEX, haja vista ser o mais adequado para ambientes estuarinos e marinhos. A determinação das concentrações de Fosfato (PO4 3- ) foi feita de acordo com as metodologias preconizadas por Grasshoff et al. (1983). Também foi realizada análise granulométrica do sedimento por laser. Resultados e Discussão O valor do ph, se apresentou relativamente básico (ph 8) e em algumas estações, tendendo à neutralidade (ph 7) em função da presença de matéria orgânica abundante no sedimento. Os resultados mostram temperaturas relativamente homogêneas variando entre 22 a 25 C. Os valores do potencial de oxi-redução (Eh) se mantiveram com características redutoras. Os valores muito negativos observados são favoráveis à conservação da matéria orgânica, retendo o carbono e os nutrientes. A partir da análise granulométrica, observou-se uma maior predominância de sedimento arenoso na região coletada, o que pode influenciar nos níveis de fósforo da região, devido à fraca afinidade do fósforo por este tipo de sedimento. Dentre as espécies de fósforo, a concentração de P-f.a. (fração apatítica) foi observada em níveis muito baixos em todos os pontos analisado. As maiores concentrações desta forma de fósforo foram iguais a 23,51 µg.g -1 e 24,55 µg.g -1. Brepohl (2000) afirma que teores baixos dessa forma de fósforo são comuns de ocorrer, devido essa espécie ser muito instável, e de fácil ligação superficialmente aos sedimentos. Rocha (2010) defende que valores baixos de P-f.a. são resultados de episódios de pós turbulência e redissolução inicial causada pela entrada de água do mar. A forma fósforo ligado a ferro (P-Fe) se mostrou com concentrações mais baixas na maioria das estações. Dentre as estações coletadas, observa-se um acumulo mais significativo em valores de 62 µg.g -1 na

4 estação mais próxima a São Pedro da Aldeia. Estas baixas concentrações de P-Fe apontam uma baixa reatividade entre esses compostos nas estações, pois Brepohl (2000) defende que concentrações pouco significantes de forma de P-Fe deve-se ao fato de que o ferro pode estar chegando no ambiente de maneira pouco reativa, possivelmente como minério, depositando-se e não tendo um papel considerável no aprisionamento de fósforo no sedimento, principalmente considerando as condições oxidantes na laguna. A composição da forma de fósforo ligado a óxidos de metais (P-Me), é observada com pouca significância, em detrimento das demais frações mais significantes, apresentando valores mais relevantes de 32,91 µg.g -1. Com relação às formas de P-Ca, a análise apresentou maior acúmulo nas estação próxima a São Pedro da Aldeia com valor de 172,94 µg.g -1, destacando uma concentração significante desta fração de fósforo na região. Brepohl (2000) afirma que essa forma de fósforo é considerada fase não reativa, de difícil dissolução em condições ambientais normais. Considerando a forma de fósforo residual (P-res), este se apresentou como sendo a fração de menor expressividade, com concentrações de até 17,24 µg.g -1 na estação entre Iguaba Grande e São Pedro da Aldeia. Brepohl (2000) afirma que as concentrações de P-res não seguem nenhum padrão visto que esta forma de fósforo faz parte das características naturais do sedimento. Conclusões O processo de intensificação populacional dos municípios ao redor da Lagoa de Araruama desencadeou problemas ambientais que vão desde a diminuição do espelho d água da lagoa, redução do potencial pesqueiro e lazer, até a falta de saneamento básico. De maneira geral, os valores da análise de fósforo, um nutriente essencial para o fitoplâncton, nessa região da lagoa, foi considerado tolerante para esse tipo de ambiente, não sendo caracterizado, portanto, como uma região eutrofizada, o que também pode ter sido influenciada por ser uma região predominantemente arenosa, na qual o fósforo não possui grande afinidade. A próxima etapa deste trabalho consiste em realizar o fracionamento do fósforo em outras estações que compreendam toda a dimensão da laguna, para assim obter uma análise mais completa da lagoa como um todo. Agradecimentos Este estudo foi financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq. processo número /2012-0). JCW agradece ao CNPq por sua bolsa de produtividade em pesquisa (processo número / TCSMG agradece à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão da bolsa de estudos. Referências Bibliográficas Baturin. Phosphorus cycle in the ocean. Lithologyand Mineral Resources, Vol. 38, N. 2, p Translated from Litologiya i PoleznyeIskopaemye, n.2, 2003, p Brepohl, D. C. Fósforo: Intercâmbio entre a água e o sedimento de uma enseada rasa estuarina com o aporte antrópico no estuário da Lagoa dos Patos (RS-Brasil). Dissertação de mestrado. Pósgraduação em Oceanografia Física, Química e Geológica-Fundação Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 121 p Fleming, L.E.; Broad, K.; Clemente, A.; E. Dewailly, E.; Elmir, S.; Knap, A.; Pomponi, S.A.; Smith, S.; Gabriele, H. S.; Walsh, P. Oceans and human health: Emerging public health risks in the marine envionment. Marine Polution Bulletin 53, , 2006.

5 Knoppers, B. A., E. D. Bidone, et al. Eds. Environmental geochemistry of coastal lagoon systems of Rio de Janeiro. Geoquímica Ambiental. Niterói: Programa de Geoquímica - UFF; FINEP, v.6, p.210, Geoquímica Ambientaled Machado, C. J.; Klein, H. E. Água, doença saúde e arcabouço institucional legal: Por uma gestão integrada das águas do estado do Rio de Janeiro. Revista Rio de Janeiro, n.11, Paz, T.; Lopes, F. L. Lagoa de Araruama: Uma abordagem qualitativa para ocorrência de dinoflagelados potencialmente nocivos. Universidade Rural do Rio de Janeiro, Tese de doutorado, Protazio, L.; Tanaka, S. M. C. N.; Cavalcante, P. R. S. Avaliação de procedimentos de extração sequencial de fósforo em sedimento. Revista Analytica. N. 8, p Ruttenberg, K. C. Development of a sequencial extraction method for diferente forms of phosphorus in marine sediments. Limnology and Oceanography. 37 (7): p Warken, K. W.; Gill, G. A.; Lehman, R. D.; Dellapenna, T. M.; Allison, M. A. The effects of shrimp trawling on sedment oxygen demand and the release of trace metals and nutrientes from estuarine sediments. Estuarine Coastal and Shelf Science. V.57, p Wasserman, M. A. M., C. Latouche, et al. Eds. Metal distribution in a sub-tropical coastal lagoon: an statistical approach. Les Colloques. Paris: INRA Editions, v.85, p.contr. n 76 (CD-ROM), Les Colloquesed