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).
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).
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
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 477213/2012-0). JCW agradece ao CNPq por sua bolsa de produtividade em pesquisa (processo número 306714/2013-2. 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. 101-119. Translated from Litologiya i PoleznyeIskopaemye, n.2, 2003, p. 126-146. 2003. 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. 2000. 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, 545-560, 2006.
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. 1999. 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, 2003. 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, 2015. 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.35-41. 2004. Ruttenberg, K. C. Development of a sequencial extraction method for diferente forms of phosphorus in marine sediments. Limnology and Oceanography. 37 (7): 1460-1482 p. 1992. 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.25-42. 2002. 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. 1997.