QUALIDADE DA ÁGUA DO RESERVATÓRIO MACELA/ITABAIANA-SERGIPE:

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1 QUALIDADE DA ÁGUA DO RESERVATÓRIO MACELA/ITABAIANA-SERGIPE: Ivane Marcley Nascimento Sena 1, Lúcia Calumby B. Macedo 2, José do Patrocinio Hora Alves 3 1 Mestranda em Recursos Hídricos, PRORH, UFS, Aracaju - SE, Brasil, ivanemnsena@gmail.com 2 Instituto Tecnológico e de Pesquisas do Estado de Sergipe, Aracaju - SE, Brasil, ditec@itps.se.gov.br 3 Mestrado em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão - SE, Brasil, jphalves@uol.com.br Resumo O reservatório Macela é um reservatório pouco profundo, situado na cidade de Itabaiana-SE e foi construído entre pelo barramento do riacho Macela. Tem capacidade de 2,7x10 6 m 3, ocupando uma área de 14 km 2. É um ambiente bastante impactado por atividades antrópicas. Neste trabalho são comparados dados obtidos nos períodos seco e chuvoso dos anos de 2004, 2005, 2013 e 2014, com o objetivo de avaliar se ocorreram variações significativas na qualidade da água, nesses últimos dez anos. A qualidade da água foi avaliada pela medida do: ph, condutividade elétrica, temperatura, transparência, cor, oxigênio dissolvido, clorofila-a, sólidos totais dissolvidos, fósforo total, nitrato, nitrito, N-amoniacal, fosfato, carbono orgânico dissolvido e coliformes termotolerantes. O oxigênio dissolvido variou de 3,38-11,23 com um valor médio de 6,3±2,7 mg.l -1. A transparência, medida com o disco de Secchi, variou entre 0,20,55 m e não atingiu a fundo durante o período estudado. O ph da água oscilou de 7,9,0 com um desvio padrão menor que 0,5 unidades de ph. O nitrato mostrou uma variação entre <0,01-2,38 mg.l -1. O fosfato e o fósforo total variaram de <0,02-1,35 e 0,65-2,48 mg.l -1 respectivamente. O corpo d água apresentou uma concentração elevada de matéria orgânica (17,9±4,2 mg L -1 ) e contaminação significativa por esgotos domésticos ( NMP/100 ml de coliformes). A biomassa algal, quantificada pela clorofila-a, variou de 22,8 a 163,2 com média de 76,1±54,5 µg.l -1. Os valores do Índice do Estado Trófico (Carlson s TSI) variaram de 68,6-95,8 indicando um ambiente hipereutrófico em todo período estudado. As razões NID:P-PO 4 ficaram no intervalo de 0,70-4,4 sugerindo o nitrogênio como nutriente limitante da produção algal. A análise de significância aplicada entre as campanhas mostrou não haver efeito de sazonalidade e apesar das reiteradas ações do Ministério Público e dos Órgãos Ambientais nenhuma diferença significativa foi observada na qualidade da água entre 2004 e Palavras-chave: Reservatório Macela, Itabaiana-Sergipe, hipereutrófico. 1.INTRODUÇÃO Reservatórios são lagos artificiais originados a partir do represamento de rios. Em geral, sua construção visa a regularização da vazão dos rios para obtenção de água em quantidade necessária para atender a usos múltiplos como: abastecimento humano, dessedentação animal, agricultura, geração de energia, entre outros. Todavia, o barramento transforma um ambiente lótico em lêntico, provocando desequilíbrios na estrutura hidrobiológica e físico-química do meio. Uma vez que apresentam baixo tempo de detenção hidráulica e variação no nível d água, esses ambientes são instáveis, acarretando alterações tanto no ambiente aquático quanto terrestre, sendo primordial uma gestão eficiênte a fim de assegurar sua qualidade para atendimento dos usos múltiplos. Os reservatórios e ou lagos pouco profundos são exemplos de ecossistemas com estados alternativos de estabilidade. A teoria original de estados estáveis para lagos rasos foi inspirada nas observações de que lagos tendem a mudar abruptamente de um estado claro para turvo, e que uma vez mudado para turvo, resistem ao processo de restauração [1]. Essa mudança pode ser resultado do aumento do aporte de nutrientes levando ao predominio do fitoplancto, o que frenquentementa caracteriza a turbidez da água [2]. O excesso de nutrientes (N, P) disposto nos lagos e reservatórios, principalmente pela aporte de esgostos domesticos não tratados, escoamento de áreas agrícolas e outras atividades humanas, podem causar a eutrofização. O excessivo crescimento de algas promovido pela eutrofização altera a qualidade da água reduzindo a vida útil dos reservatórios [3]. Por isso esses ambientes são frequentemente classificados baseado no seu estado trófico. O Índice do estado Trófico (IET) desenvolvido por Carlson [4] é comumente usado para classificação das condições tróficas das águas de superficie e utiliza na sua determinação, a transparencia medida com o disco de Secchi, o fósforo total e a clorofila-a. As classificações são baseadas nos valores limites do IET e estão distribuidas entre quatro níveis: oligotrófico 1

2 (pobre em nutrientes), mesotrófico (moderado em nutrientes), eutrofico (quantidade elavada de nutrientes) e hipertrófico (quantidade excessiva de nutrientes). Nesse trabalho são comparados os dados da qualidade da água do reservatório Macela obtidos nos períodos seco e chuvoso dos anos de 2004, 2005, 2013 e 2014, com o objetivo de avaliar se ocorreram variações significativas, nesses últimos dez anos. Foram também determinados o nutriente limitante da produção algal e o Indice do Estado Trófico do reservatório. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Caracterização da área de estudo O Reservatório Macela (Figura 1) está situado na cidade de Itabaiana, estado de Sergipe no Nordeste do Brasil. Foi construído pelo DNOCS (Departamento Nacional de Obras Contra Seca), no período de 1953 a 1957, pelo barramento do Riacho Macela, tem capacidade de ,00 m³ e ocupa uma área de 97 ha e foi projetado para fornecer água de irrigação á uma área de 156 ha A barragem é de terra, com cota de coroamento de 102 m, altura máxima de 12,80 m, extensão e largura do coroamento de respectivamente 625 m e 5,50 m, com um volume morto de ,00 m³. A tomada d água é do tipo galeria tubular simples, com cota de 94 m, descarga de 0,99 m³.s -1, diâmetro de 0,25 m e comprimento 42,50 m, sendo o sangradouro do tipo canal escavado, com descarga de 52,20 m³.s -1, cota da soleira de 100 m, lâmina máxima de 1m e largura de 30 m. A bacia hidrográfica do reservatório é composta pelo riacho que dá nome ao reservatório e seus afluentes, atingindo uma área de 14 Km², onde a precipitação média anual é de 1300 mm [5] Amostragem e análise química Figura1. Vista parcial do reservatório Macela em 18/05/2015 Amostras de água de superfície foram coletadas no ponto (E) (N), em quatro campanhas de amostragem, duas no período chuvoso e duas no período seco, compreendidas no intervalo temporal de junho de 2013 a novembro de As amostras foram acondicionadas, preservadas e transportadas para o laboratório de acordo com as recomendações do Standard Methods [6]. As amostras foram analisadas no Laboratório de Química de Água do Instituto Tecnológico e de Pesquisas do Estado de Sergipe (ITPS), para determinação dos seguintes parâmetros: ph, condutividade elétrica, turbidez, oxigênio dissolvido, alcalinidade, dureza, demanda bioquímica de oxigênio (DBO 5), sólidos totais dissolvidos, temperatura da água (medida em campo), cor, fósforo total, carbono orgânico total dissolvido, coliformes termotolerantes, nitrato (N-NO 3 - ), nitrito (N-NO 2 - ), nitrogênio amoniacal (NH 3), fosfato (P-PO 4 ), sódio (Na + ), potássio (K + ), cálcio (Ca 2+ ), magnésio (Mg 2+ ), bicarbonato (HCO3), sulfato (SO 4 2 ) e cloreto (Cl - ). Todos os parâmetros foram determinados seguindo os protocolos do Standard Methods [6] (Tabela 1). Parâmetros Técnica analítica Método de referência ph Método potenciométrico *SM 4500 H+ B Condutividade elétrica Método condutimétrico SM 2510 B Turbidez Método nefelométrico SM 2130 B Oxigênio dissolvido Método de laboratório SM 4500 O Alcalinidade total Método titulométrico SM 2320 B Dureza total Calculada pelo Ca e Mg SM 2340 B DBO5 Método respirométrico SM 5210 D 2

3 Sólidos totais dissolvidos Determinado pela medida da condutividade SM 2510 A Temperatura da água Medida em campo - Cor verdadeira Método espectrofotométrico SM 2120 C Fósforo total ICP OES - Carbono orgânico total dissolvido Método da combusta a alta temperatura SM 5310 B Coliformes termotolerantes NMP Colilert 24 SM 9223 B Nitrogênio - nitrato Cromatografia iônica US EPA Nitrogênio - nitrito Cromatografia iônica US EPA Nitrogênio amoniacal Cromatografia iônica US EPA P- fosfato Cromatografia iônica US EPA Tabela 1.Metodologia analítica usada na análise das amostras de água (*SM Standard Methods, APHA, 2012) Para garantia da qualidade analítica foram usados, à calibração com padrões, a análise de reagentes em branco e determinações em replicatas. O laboratório também participa regularmente de programas de proficiência e tem acreditação para alguns parâmetros Cálculo do Índice do Estado Trófico O Índice de Estado Trófico (IET) foi calculadoa partir das medidas de transparencia do disco de Secchi [IET(DS)], do fósforo total [IET(Pt)] e da clorofila-a [IET(Clo-a)], usando as seguintes equações 1,2 e 3 de Carlson [4]: IET(DS) = 10 ( IET(Pt) = 10 ( IET(Clo a) = 10 ( 6 ln DS) 6 ln (48/Pt) ) (1) ) (2) 6 2,04 0,68 ln(clo a) ) (3) Onde DS é a profundidade do disco de Secchi em metro, Pt a concentração do fósforo total em mg m -3 e Clo-a a concentração da clorofila-a em mg m Tratamento dos dados Para comparação entre o conjunto de dados de cada campanha foram utilizados o teste de hipótese de Kruskal Wallis e as comparações entre medianas através do teste de Mann Whitney, com as correções de Bonferroni nos valores de p. Os testes foram realizados utilizando o programa PAST Paleontological STatistics, versão 3.04 ( Um valor de 0,05 foi adotado como nível crítico para todos os testes estatísticos, dando um nível de confiança de 95 %. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta os resultados dos parâmetros de qualidade da água das amostras coletadas nos períodos chuvosos e secos dos anos de 2013 e Foram incluídos também na tabela os dados obtidos no projeto Eutrofise [7] referentes aos períodos seco e chuvoso de 2004 e Parâmetros/ Ano - período CH.04 SE.04 CH.05 SE.05 CH.13 SE.13 CH.14 SE.14 ph 8,3 8,5 8,40 9,0 8,4 7,8 7,9 7,3 Condutividade (µs.cm -1 ) , Oxigênio dissolvido (mg.l -1 ) 5,20 9,63 4,51 4,79 11,23 3,38 5,65 5,66 Clorofila-a (µg.l -1 ) ,4 50,2 163,2 55,9 22,8 56,9 26,0 Sólidos totais dissolvidos (mg.l -1 ) 884,0 888, , ,5 817,9 614,0 Temperatura da água ( ºC) 27,0 30,0 32,1 28,0 26,0 25,0 27,0 28,0 Transparência (m) 0,55 0,30 0,50 0,50 0,23 0,38 0,30 Fósforo total (mg.l -1 ) 0,71 0,65 0,90 1,35 1,64 1,20 2,48 1,48 N-NO 3 - (mg.l -1 ) 1,30 2,38 1,11 0,95 0,59 1,31 < 0,01 2,02 N-NO 2-0,11 0,18 0,05 0,41 0,43 <0,02 < 0,02 <0,02 N- NH 3 0,01 0,05 0,01 0,03 <0,01 <0,01 0,08 0,16 P-PO 4 (mg.l -1 ) 0,56 0,65 0,94 1,35 0,42 0,66 < 0,02 0,46 Coloformes Termotolerantes

4 (NMP/100mL) Carbono orgânico dissolvido (mg.l-1) 19,62 12,68 15,74 15,97 24,72 18,80 Índice do Estado Trófico - IET (Clo-a) 89,1 82,3 78,0 89,6 79,1 70,3 79,2 71,6 Índice do Estado Trófico IET (Pt) 83,3 82,4 85,6 89,7 91,6 88,5 95,8 90,6 Índice do Estado Trófico IET (DS) 68,6 77,4 70,0 70,0 81,2 74,0 77,4 NID:P-PO4 2,3 3,7 1,2 0,7 1,4 2,0 4,4 Tabela 2.Valores dos parâmetros de qualidade da água de superfície do reservatório Macela no período chuvoso (CH) e seco (SE). Aparecem também na Tabela 2 os valores dos IET (DS), IET (Pt), IET (Clo-a) e as razões entre o nitrogênio inorgânico total dissolvido (NID = NO 3 + NO 2 + NH 3) e o fosfato (P-PO 4). O reservatório é pouco profundo (máximo de 6,0 m) e apresentou uma coluna d água homogênea. A temperatura da água exerce influencia sobre a atividade biológica e o crescimento de organismos aquáticos, em geral maior temperatura da água maior atividade biológica. No reservatório da Macela as temperaturas foram elevadas e variaram de 25,0 a 32,1 o C com desvios padrão de 2,3 o C. O oxigênio dissolvido variou de 3,4 a 11,2 com um valor médio de 6,3±2,7 mg L -1. O oxigênio dissolvido depende da atividade fotossintética e da decomposição microbial da matéria orgânica. O decréscimo geral no oxigênio dissolvido indica um aumento nas condições eutróficas [3]. A transparência é uma medida da penetração da luz e pode indiretamente indicar a quantidade de sólidos em suspensão na água. A medida com o disco de Secchi, variou de 0,2 a 0,6 m e não atingiu a fundo durante o período estudado. O ph da água variou de 7,3 a 9,0 com um desvio padrão menor que 0,5 unidades de ph. O ph fora da neutralidade pode ser atribuído à perturbação do sistema tampão existente ocasionado pela floração de algas ou macrófitas, que podem gerar o aumento da acidez ou alcalinidade da água [8]. A condutividade elétrica (CE) estima a quantidade de sólidos totais dissolvidos (STD) ou quantidade de íons totais dissolvidos na água. A CE geralmente aumenta à medida que os aumenta os sais dissolvidos ou seja a medida que aumenta a salinização do ambiente. As concentrações de CE e STD ficaram acima dos limites estabelecidos pela Resolução CONAMA 357/2005 [9], apresentando médias de 1692,5 µs.cm -1 e 867,8 mg.l -1, respectivamente. De acordo com o diagrama de Richards [10] a água do reservatório Macela encontra-se numa condição de média a alta salinidade. As variações das formas do nitrogênio inorgânico e do fósforo são mostradas nas Figuras 2a,b, respectivamente. Predominou a forma oxidada do nitrogênio (NO 3) com concentrações variando de < 0,01 a 2,38 mg.l -1. As concentrações de N-NH 3 foram relativamente baixas mínima de < 0,01 e máxima de 0,16 mg.l -1. O fosfato solúvel reativo (PO 4) variou de < 0,02 a 1,35 mg.l -1, com uma concentração média de 0,72 mg.l -1. O fósforo total variou de 0,65 a 2,48 mg.l -1 com uma valor médio de 1,30 mg.l -1. Não se observou um padrão de sazonalidade na distribuição dos nutrientes. O nitrogênio inorgânico total dissolvido (NID) apresentou uma tendência de decréscimo entre 2004 e o período chuvoso de 2014 (Figura. 2a). Já as formas do fósforo mostraram uma distribuição que evidência aumento das concentrações de fósforo total e redução do fosfato entre 2004 e 2014 (Figura.2b). Figura 02. Distribuição das formas de nitrogênio (a) e fósforo (b) na água de superfície do reservatório Macela no período chuvoso (CH) e seco (SE). Para evidenciar as limitações por nitrogênio ou fósforo foram utilizadas as razões NID:P-PO 4, onde NID = N-NO 3 + N- NO 2+ N-NH 3. A determinação do nutriente limitante é feita considerando-se que a demanda algal é equivalente a distribuição de nutrientes na sua biomassa. A constituição da biomassa algal é normalmente derivada da chamada relação de Redfield 4

5 (C 106H 118O 45N 16P), o que vale dizer que as algas, em média, demandam, em mol, 16 vezes mais nitrogênio do que fósforo, em massa a relação NID:P-PO 4 é 7,3. Se a relação NID:P-PO 4 é maior que 7,3, todo o fósforo seria consumido antes do nitrogênio, sendo o nutriente limitante, por outro lado, se a relação é menor que 7,3 indica que o nitrogênio limita o crescimento biótico. No caso do reservatório Macela as razões NID:P-PO 4 ficaram no intervalo de 0,70 a 4,4 sugerindo o nitrogênio como o nutriente limitante da produção algal. Em geral os valores do Índice do Estado Trófico, IET(DS), IET(Pt) e IET(Clo-a) foram maiores que 70 indicando um ambiente hipertrófico em todo o período estudado. As diferenças entre os valores dos IET permitem inferir sobre os fatores que limitam o crescimento do fitoplâncto e a composição do sistema lacustre [3]. No reservatório Macela o IET(DS) foi inferior ao ITP(Pt) e ao IET(Clo-a) e o IET(Pt) superior ao IET(Clo-a) (Tabela 2), isso caracteriza um ambiente que tem o nitrogênio como limitante da biomassa algal, corroborando com as informações obtidas através da relação NID:P-PO 4. A matéria orgânica medida pelo carbono orgânico dissolvido mostrou valores no intervalo de 12,68 a 24,72 mg.l -1, superiores ao limite recomendado pela Resolução do Conama 357/2005[9] para água salobra classe 3. Na água do reservatório o conteúdo de coliformes termotolerantes variou de NMP/100 ml, possivelmente resultante do lançamento in natura de esgotos domésticos. A análise de significância aplicada entre as campanhas mostrou não haver efeito de sazonalidade entre os períodos seco e chuvoso e nenhuma diferença foi observada na qualidade da água entre os anos de 2004 e Portanto, nenhuma melhora significativa ocorreu nos últimos dez anos, na qualidade ambiental do reservatório Macela. 4. CONCLUSÃO O reservatório Macela, situado em Itabaiana/Sergipe, é um ambiente hipereutrofizado e não se observou uma diferença significativa na qualidade ambiental do reservatório nos último 10 anos. É um ambiente enriquecido por nutrientes (N e P) com uma elevada produção algal e em estado avançado de salinização, o que torna inadequado o uso de suas água para irrigação. RECONHECIMENTOS A CAPES pela bolsa de mestrado concedida e ao projeto Monitoramento de Mananciais Superficiais e Reservatórios do Estado de Sergipe, Convênio n o 001/2012 entre a Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado de Sergipe (SEMARH) e o Instituto Tecnológico e de Pesquisas de Sergipe (ITPS), pelo suporte técnico nas coletas e análises das amostras. REFERÊNCIAS [1] M. Scheffer, E. H. van Nes, Shallow lakes theory revisited: various alternative regimes driven by climate, nutrients, depth and lake size, Hydrobiologia (2007) 584: [2] X. Zhang, X. Mei, R.D. Gulati, Z. Liu., Effects of N and P enrichment on competition between phytoplankton and benthic algae in shallow lakes: a mesocosm study, Environ Sci Pollut Res (2015) 22: [3] A. M. Sheela, J. Letha, S. Joseph, Environmental status of a tropical lake system, Environ Monit Assess (2011) 180: [4] R. E. Carlson, A trophic state index for lakes Limnology and Oceanography, (1977) 22: [5] DEPARTAMENTO NACIONAL DE OBRAS CONTRA AS SECAS (DENOCS) COORDENADORIA ESTADUAL DE SERGIPE. FICHA TÉCNICA OPERACIONAL DO AÇUDE CEST-SE.(2014) [6] APHA. Standard Methods for The Examination Of Water And Wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation. Washington, DC, (2012). [7] Eutrofise: Projeto Eutrofização em Reservatórios de Sergipe: Química da água, estado trófico e modelagem, financiamento CT-Hidro CNPq, Relatório Final (2006), 17p. [8], M. H. S Bucci, L. F. C. OLIVEIRA, ÍNDICES DE QUALIDADE DA ÁGUA E DE ESTADO TRÓFICO NA REPRESA DR. JOÃO PENIDO (JUIZ DE FORA, MG), Revista Ambiente & Água, v. 9, n.1, [9] CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente, Resolução n o 357 de 17 de março de 2005, Brasília; DOU, [10] C. Delgado, J. Pacheco, A.Cabrera, E. Batllori, R. Orellana, F. Bautista, Quality of groundwater for irrigation in tropical karst environment: The case of Yucatán, Mexico. Agricultural Water Management 97: (2010). 5