Ecotoxicological assessment of dredged sediments from Meriti River mouth (Guanabara Bay, RJ) based on acute bioassays with earthworms.

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1 AVALIAÇÃO DA ECOTOXICIDADE DE SEDIMENTOS DRAGADOS DA FOZ DO RIO MERITI (BAÍA DE GUANABARA, RJ) COM BASE EM BIOENSAIOS AGUDOS COM MINHOCAS Matheus Nascimento 1 (IC), Ricardo Cesar 1, Christiane Monte 3 (D), Danielle Siqueira 1 (IC), Mariana Vezzone 2 (D), Leticia Abreu 1 (IC), Aline Serrano 1 (IC), Tácio de Campos 4, Helena Polivanov 2, Ana Paula Rodrigues 3, Zuleica Castilhos 3,4, Wilson Machado Universidade Federal do Rio de Janeiro, Depto de Geografia UFRJ, Rio de Janeiro RJ, afserrano@gmail.com 2 - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Depto de Geologia UFRJ, Rio de Janeiro 3 - Universidade Federal Fluminense, Depto de Geoquímica UFF, Niterói RJ 4 - Centro de Tecnologia Mineral CETEM, Rio de Janeiro RJ 4 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUC-Rio, Rio de Janeiro RJ Resumo: A Baía de Guanabara (RJ) sofre há décadas com despejo de rejeitos industriais e domésticos sem prétratamento adequado, e a dragagem dos seus sedimentos de fundo é fundamental à manutenção da saúde do ecossistema. O presente trabalho trata da avaliação ecotoxicológica de sedimentos dragados da foz do Rio Meriti (Baía de Guanabara) em cenário de disposição terrestre em Latossolo, com base na determinação de metais e na execução de bioensaios agudos com Eisenia andrei. Os sedimentos dragados foram coletados em Agosto/2014 e Fevereiro/2015. As doses de sedimento aplicadas ao solo variaram entre 0 (solo puro) e 30%. A dose de sedimento (em %) capaz de causar a morte de 50% dos organismos expostos (CL 50) foi estimada através da análise de PriProbit. A determinação de Zn, Cu, Pb, Ni, Cr e Hg nos sedimentos foi realizada por ICP-OES. Os bioensaios agudos com E. andrei foram baseados em protocolo padrão (ISO). Os resultados indicam que as concentrações de metais, via de regra, ultrapassam os limites estabelecidos pelo CONAMA 420/2009, que regulamenta a disposição terrestre de sedimentos dragados no Brasil. As concentrações de metais e os níveis de toxicidade foram maiores na estação de inverno do que verão, devido, principalmente, às baixas na precipitação pluvial no inverno, com consequente saturação da coluna d água com metais e sais, induzindo a precipitação dos mesmos para os sedimentos de fundo. De fato, os níveis de mortalidade de minhocas no inverno (CL 50 = 6,64%) foram maiores do que aqueles verificados no verão (CL 50 = 11,33%). Não foram detectados efeitos significativos sobre a biomassa corporal dos animais. Por fim, os resultados sugerem que os sedimentos dragados da foz do Rio Meriti oferecem risco à biota do solo em cenário de disposição terrestre. Palavras-chave: Metais, bioensaios, toxicidade aguda, solo, minhoca. Ecotoxicological assessment of dredged sediments from Meriti River mouth (Guanabara Bay, RJ) based on acute bioassays with earthworms. Abstract: Over the last decades, the Guanabara Bay (RJ) has received industrial and domestic wastes without adequate treatment, and the dredging of its sediments is essential for maintaining the health of the ecosystem. This paper proposes the ecotoxicological evaluation of dredged sediments from the mouth of the Meriti River (Guanabara Bay) in scenarium of disposal in ferralsols, based on metal determination and execution of acute bioassays with Eisenia andrei. The sediments were collected in August/2014 and February/2015. The doses of sediment applied onto soil varied between 0 (pure soil) and 30%. The earthworm median lethal concentration (LC 50) was estimated through PriProbit analysis. The determination of Zn, Cu, Pb, Ni, Cr and Hg was performed by ICP-OES. The bioassays with E. andrei were based on standard protocol (ISO). The results showed that metal concentration were generally higher than the limits established by Brazilian law (CONAMA 420/2009) for disposal of dredged sediments in soil. Metal concentrations and their toxicity levels were higher during the winter compared to the summer season, mainly due to the reduction of pluvial precipitation rates, which results in the saturation of water column by metals and salts, thus precipitating the into bottom sediments. In fact, earthworm mortality levels in the winter (LC 50 = 6.64%) were higher than that obtained in the summer (LC 50 = 11.33%). No significant effects on earthworm biomass were detected for any

2 dose of sediment of application. Finally, the results suggest that the dredged sediments from the Rio Meriti mouth can cause harmful effects on soil biota in scenario of terrestrial disposal. Keywords: Metals, bioassays, acute toxicity, soil, earthworm. Introdução Ao longo das últimas décadas, a baía de Guanabara (RJ) tem sofrido com o despejo inadequado de resíduos industriais e domésticos. O Rio Meriti drena a baixada fluminense, e recebe contribuições de esgoto doméstico não tratado e resíduos industriais. Ao desaguar na baía de Guanabara, este rio funciona como uma importante fonte de poluentes para o setor nordeste da baía, contribuindo para o assoreamento e eutrofização do ecossistema (Cesar et al. 2017). A dragagem desses ambientes impactados é fundamental à manutenção da saúde do ecossistema e minimização dos impactos. Contudo, a presença de metais pesados, hidrocarbonetos de petróleo e patógenos fecais são uma restrição à disposição sustentável desses sedimentos dragados sobre o continente (Cesar et al. 2014, Cesar et al. 2017). A legislação brasileira que regulamenta a disposição terrestre de sedimentos dragados (CONAMA 420) está baseada em padrões idealizados para o hemisfério norte, e não reflete as especificidades das regiões tropicais. Neste sentido, a execução de bioensaios com organismos representativos do ecossistema do solo é essencial à elucidação dos riscos que estes materiais oferecem à biota em cenário de disposição terrestre. No caso dos solos, os oligoquetas (Eisenia andrei) são amplamente utilizados em bioensaios, devido à sua importância ecológica e por serem sensíveis à presença de agentes tóxicos no solo (Cesar et al. 2017). O presente trabalho propõe a avaliação ecotoxicológica de sedimentos dragados da foz do Rio Meriti (Baía de Guanabara, RJ), com base em bioensaios com E. andrei. As principais hipóteses de trabalho são: (i) existe uma variação sazonal da toxicidade e da concentração de metais nos sedimentos da foz do Rio Meriti; e (ii) as minhocas são capazes de reconhecer a matéria orgânica oriunda do esgoto doméstico como fonte alternativa de alimento. Experimental Duas amostras de sedimentos dragados foram colhidas da foz Rio Meriti em Agosto/2014 (inverno) e em Fevereiro/2015 (verão). Para realização da amostragem, foi realizada uma coleta composta de 5 pontos distribuídos ao longo da foz do rio, e que foram posteriormente misturadas visando à obtenção de uma amostra composta espacialmente representativa. As duas amostras compostas foram secas à temperatura ambiente, moídas e enviadas para a análise de metais e ecotoxicológica. A determinação de Zn, Cu, Pb, Ni e Cr foi efetuada através da solubilização de 1g de amostra em uma solução composta por 2HF:HNO3:HClO4, para posterior leitura em ICP-OES. A determinação do Hg foi realizada com base na pirólise da amostra e leitura com o Equipamento LUMEX. As concentrações de metais foram comparadas com os valores orientadores descritos em CONAMA 420/2009, para disposição terrestre (ou seja, em solo) de sedimentos dragados. A determinação do carbono orgânico total (COT) foi realizada com base na pirólise da amostra previamente descarbonata com HCl, e subsequente leitura no Equipamento LECO-SNS. Para a realização do bioensaio agudo com Eisenia andrei, os sedimentos dragados foram misturados com um Latossolo puro (horizonte B), coletado em Duque de Caxias (RJ). A escolha pelo Latossolo se deve ao fato de que é a mais abundante classe de solo tropical brasileira. Optou-se por trabalhar com o horizonte B visando à simulação de cenário em que o horizonte A tivesse sido erodido, e que o sedimento dragado pudesse ser usado como um regenerador de áreas degradadas. Além disso, o horizonte B é o horizonte-diagnóstico, e preserva as principais características desta classe de solo. A amostra de Latossolo utilizada foi colhida no mesmo afloramento estudado por Cesar et al. (2014), e possui textura argilosa, ph ácido (4,2 em água), é de mineralogia essencialmente caulinítica e apresenta altos teores de oxi-hidróxidos de ferro e alumínio (Cesar et

3 al. 2014). Para simulação da disposição terrestre, os sedimentos dragados foram misturados com este Latossolo nas seguintes proporções: 0, 6, 12, 18, 24 e 30%, onde 0% =. solo puro. A escolha por estas doses está fundamentada em trabalho prévio executado com sedimentos dragados da Baía de Guanabara e Baía de Sepetiba (RJ) (Cesar et a. 2017). O procedimento do bioensaio agudo com E. andrei seguiu as recomendações de ISO (1998) e consistiu na exposição de organismos adultos com peso semelhante por 14 dias, sob temperatura controlada (20 ± 2 0 C) e iluminação constante. O ensaio é executado com 4 réplicas de 500g de solo, com umidade ajustada para 40-60% da capacidade de campo. Ao final do ensaio, contabilizam-se os organismos sobreviventes e avalia-se sua perda de biomassa com base no peso médio inicial e final de todos os organismos inseridos na réplica. Antes de serem pesados, os organismos são deixados sobre papel umedecido por 24 horas, para o esvaziamento do conteúdo intestinal A dose de sedimento dragado no solo (expressa em %) capaz de causar a morte de 50% dos indivíduos expostos (CL50) foi estimada através da análise de PriProbit. Resultados e Discussão Os resultados referentes à determinação de metais, ph, COT e condutividade elétrica dos sedimentos dragados estão descritos na Tabela 1. Com exceção do Ni e do Hg na estação de verão, todos os demais metais analisados apresentaram concentrações acima do valor estipulado pelo CONAMA 420/2009, cujo valor de prevenção está baseado em análise de risco ecológico à saúde da biota edáfica. O CONAMA 420/2009 não estipula valor de prevenção para o COT e ph, e os mesmos aparentemente não apresentam variação sazonal significativa. Os valores de ph se encontram na faixa de neutralidade (uma provável resultante da deposição de minerais carbonáticos em ambiente estuarino) e não favorece mobilização geoquímica de metais. A condutividade elétrica (um proxy da salinidade) medida no inverno é quase duas vezes maior do que aquela verificada para o verão. De modo semelhante, as concentrações de metais pesados na estação de inverno foram até mais de quatro vezes maiores do que no verão, indicando que de fato existe uma sazonalidade na precipitação de metais pesados e de sais para os sedimentos de fundo. Dentre os metais analisados, o Cr apresentou a sazonalidade mais bem marcada, seguido do Cu, Ni, Hg e Zn. Durante o inverno, a redução da precipitação pluvial resulta na diminuição do volume de água disponível e na saturação das soluções, estimulando a precipitação de metais e de sais (os quais, por sua vez, também se associam a metais). Outra hipótese provável é o aumento da energia das descargas fluviais no verão, com consequente deposição de grãos mais grosseiros (de menor superfície específica de contato e, portanto, com menor potencial de adsorção de metais e sais). O Zn e Cu são micronutrientes essenciais e desempenham papel importante no metabolismo de diversos organismos. Uma vez essenciais, é válido supor que estes elementos tenham rotas de absorção facilitadas e que seu excesso no organismo seja excretado pelas fezes e urina (Cesar et al. 2012, Lukkari et al. 2005). Sendo assim, no caso do Zn e Cu, fontes potenciais de contaminação para o Rio Meriti podem estar atreladas ao despejo sem pré-tratamento adequado de esgoto doméstico, embora a ocorrência simultânea de outras fontes não possa ser descartada. A fonte de contaminação por Hg está provavelmente associada ao despejo de rejeitos de antiga uma indústria cloro-soda presente na bacia hidrográfica do Rio Meriti, e que utilizava Hg em seu processo produtivo. No caso do Pb, além das fontes industriais, vale ressaltar que a degradação de antigas redes de esgoto doméstico (em geral, em mau estado de conservação) podem também funcionar como fontes de poluição. No que diz respeito ao Cr, ao menos em parte, a fonte de poluição pode estar associada aos resíduos de indústrias de tintas ou até mesmo à degradação da tinta dos cascos de navios. Por fim, vale lembrar que o Rio Meriti drena uma área densamente povoada (sem prétratamento adequado do esgoto doméstico) e industrializada da baixada fluminense, sua foz sofre frequentemente sofre eventos severos de assoreamento e que sua dragagem é fundamental ao aumento da circulação e renovação de águas no setor noroeste da Baía de Guanabara.

4 Tabela 1 - Concentração de metais (mg/kg), carbono orgânico total (COT, em %) e condutividade elétrica (µs/cm) dos sedimentos dragados da foz do Rio Meriti (Baía de Guanabara, RJ), incluindo a comparação limite de prevenção estipulado por CONAMA 420/2009. Amostra Zn Cu Pb Ni Cr Hg ph COT Condutividade Elétrica ME (I) 791* 134* 145* 45,1* 507* 0,856* 7,02 3, ME (V) 551* 70,5* 96,9* 25,6 112* 0,466 6,87 3, Valor de prevenção (CONAMA, 420)* , ME = foz do Rio Meriti. I = Inverno. V = Verão. * = acima do limite de prevenção (CONAMA, 2009). Os resultados dos bioensaios indicam que a ecotoxicidade aguda é maior no inverno do que verão, em concordância com as concentrações de metais pesados indicadas na Tabela 1. Morte significativa de animais foi detectada a partir da dosagem de 6% em sedimento de inverno, enquanto, para o sedimento de verão, somente a dose de 12% causou morte significativa aos organismos. De fato, a CL50 estimada para o verão (11,33%) é quase duas vezes maior do que aquela obtida para o inverno (6,64%), sugerindo que, no inverno, o sedimento foi quase duas vezes mais tóxico às minhocas do que no verão. Além das concentrações de metais pesados, outro aspecto importante não abordado neste trabalho é a salinidade dos sedimentos que, por si só, representa um fator de toxicidade para as minhocas. Em trabalhos futuros, experimentos que contemplem o isolamento da ação tóxica de sais marinhos sobre as minhocas deverão ser realizados. Neste sentido, vale destacar que novamente é maior no inverno. A avaliação da biomassa corporal dos animais revelou que não houve variação significativa em relação ao branco (0%). Em trabalhos pretéritos efetuados na foz do Rio Meriti (Baía de Guanabara, RJ), Cesar et al. (2017) verificou o incremento da biomassa de Eisenia andrei em misturas de sedimento dragado com solo artificial, apontando que talvez as minhocas pudessem reconhecer o esgoto doméstico como fonte potencial de alimento. Contudo, nossos dados parecem não corroborar esta hipótese, pelo menos para o cenário de disposição em Latossolo. Figura 1 - Variações de biomassa e mortalidade de organismos adultos de Eisenia andrei após 14 dias de exposição em misturas de Latossolo com sedimentos dragados da foz do Rio Meriti (Baía de Guanabara, RJ). + = mortalidade significativamente diferente do controle (0%) (Kruskall-Wallis, p < 0,05).

5 Conclusões Os sedimentos dragados estudados apresentam altas concentrações de metais (via de regra, acima do preconizado para disposição em solo) e se mostraram tóxicos às minhocas em cenário de disposição terrestre, tanto no inverno como no verão. Contudo, os teores de metais, de condutividade elétrica e os níveis de toxicidade aguda foram maiores no inverno do que no verão. A redução da precipitação pluvial durante o inverno tende a saturar a coluna d água com metais e sais, precipitando-os nos sedimentos de fundo. Apesar dos altos valores de COT e de resultados pretéritos obtidos na foz do Rio Meriti que indicam o incremento da biomassa dos organismos, os dados obtidos neste trabalho sugerem que não houve variação significativa da biomassa corporal dos animais, indicando que os mesmos provavelmente não reconheceram a matéria orgânica oriunda do esgoto doméstico como fonte de comida. Em trabalhos futuros, bioensaios crônicos e com outros invertebrados de solo (colêmbolos e ácaros edáficos, p.ex.) deverão ser realizados para uma avaliação mais ampla e consistente do risco ecotoxicológico. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer ao CNPq e à CAPES pelas bolsas concedidas a Matheus Nascimento (CNPq-IC), Aline Serrano (CNPq-IC), Danielle Siqueira (CNPq-IC), Mariana Vezzone (CNPq-D), Christiane Monte (CAPES-D) e Ana Paula Rodrigues (PNPD-CAPES). Referências Bibliográficas Cesar R, Natal-da-Luz T, Souza JP, Colonese J, Bidone E, Castilhos Z, Egler S, Polivanov H Disposal of dredged sediments in tropical soils: ecotoxicological effects on earthworms. Environmental Monitoring and Assessment 186: Cesar R, Rodrigues AP, Rocha BCRC, Campos TMP, Monte C, Dealtry S, Castilhos ZC, Machado W Ecotoxicological assessment of dredged sediments from Guanabara and Sepetiba bays (Rio de Janeiro State, Brazil) using bioassays with earthworms. In: Ecotoxicology in Latin America, editado por Cristiano Araujo e Candida Shinn New York: Nova Publishers Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) Resolução 420. Acesso em 12 de abril International Organization For Standardization (ISO) Soil quality Effects of pollutants on earthworms (Eisenia fetida) Part 2: Determination of effects on reproduction. ISO Geneve, Switzerland. Lukkari T, Astsinki M, Väisänen A, Haimi J Toxicity of copper and zinc assessed with three different earthworms tests. Applied Soil Ecology 30: