22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina VI- 098 AVALIAÇÃO DO ESTADO TRÓFICO ATUAL DO LAGO PARANOÁ APÓS ESTABILIZAÇÃO DO SEU PROCESSO DE OLIGOTROFIZAÇÃO Fernando Luís do Rêgo Monteiro Starling1 Biólogo pela UnB em 1985; Especialização em Manejo de Represas pela USP-São Carlos em 1987 e pela State University of Ghent (Bélgica) em 1992; M.Sc. em Ecologia pela UnB em 1989; Ph.D. em Ecologia Aquática Aplicada pela University of Stirling, Escócia (U.K.) em 1998. Atualmente é Professor da Universidade Católica de Brasília (UCB) e Pesquisador da Companhia de Saneamento do Distrito Federal (CAESB). Carlos Eduardo Borges Pereira Químico (UnB, Brasília-DF); Mestrando em Planejamento e Gestão Ambiental (Universidade Católica de Brasília, UCB), Analista Operacional e Coordenador de Operações e Tratamento de Esgotos da CAESB. Mauro Roberto Felizatto Engenheiro Químico (UFU, Uberlândia-MG), Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos (UnB, Brasília-DF). Atualmente Engenheiro de processos da CAESB e Professor do curso de Engenharia Ambiental da UCB. Ronaldo Angelini Ecólogo (UNESP, Rio Claro-SP), Mestre em Engenharia Ambiental (USP, São Carlos), Especialista em Estatística Aplicada (UEM-PR), Doutor em Ecossistemas Aquáticos Continentais (UEM-PR); Professor da UEG- Universidade Estadual de Goiás (Anápolis- GO).
Endereço: ¹Universidade Católica de Brasília (UCB) Campus II SGAN 916 CEP: 70790-160 Brasília-DF Tel/Fax: (0XX61) 3405550 e-mail: starling@pos.ucb.br RESUMO Foi realizada uma análise da evolução global de estado trófico do Lago Paranoá, desde a sua construção em 1959. O reservatório passou por uma nítida fase de eutrofização (fase 1, de 1970 a 1992), seguida pelo controle das cargas externas de nutrientes (fase 2, de 1993 até 1995), quando duas novas estações de tratamento de esgotos a nível terciário começaram a operar, e atingindo um periódo final de olugotrofização (fase 3), desde 1996. Este ultimo período pode ser dividido em (i) uma fase inicial de respostas tímidas em termos de redução de nutrientes (de 1996 a 1998) e (ii) uma fase final de drástica mudança em todo o reservatório na concentração de nutrientes, biomassa fitoplanctônica e transparência da água como resultado da adoção de técnica de ecohidrologia no fim de 1998. A manipulação do tempo de residência (de 900 para 200 dias) ao fim da estação seca expulsou para jusante do reservatório uma elevada biomassa fitoplanctônica rica em fósforo (principalmente cianobactérias), representando um tratamento de choque responsável por uma mudança permanente no estado trófico do reservatório. A análise dos dados limnológicos de 1999 a 2001 revelou que a concentração de fósforo total na água sofreu uma redução tal que classificou toda a extensão do reservatório como oligotrófico de acordo com um critério desenvolvido para lagos e reservatórios tropicais. No entanto, respostas dos produtores primários ao enriquecimento nutricional foram abaixo da expectative para algumas áreas específicas. Assim, enquanto todo o reservatório pode ser considerado como mesotrófico, o Braço do Riacho Fundo é hoje classificado com maior probabilidade como eutrófico, com base nos teores de clorofila-a. Medidas de manejo para o controle da eutrofização nesta área específica onde florações de cianobactérias tendem a reaparecer são objeto de discussão. PALAVRAS-CHAVE: eutrofização, carga de fósforo, estado trófico, reservatório tropical INTRODUÇÃO Lagos e reservatórios podem ser genericamente classificados como ultraoligotróficos, oligotróficos, mesotróficos, eutróficos e hipereutróficos, dependendo da concentração de nutrientes no corpo d água ou com base nas manifestações ecológicas das cargas de nutrientes (IETC, 1999). Com base nos trabalhos clássicos de limnólogos pioneiros em tipologia de lagos como Thienemann e Naumann, Vollenweider (1968 apud Sallas & Martino, 1991) propôs uma classificação de estado trófico que se tornou mundialmente conhecida e adotada, a qual tem nas concentrações de fósforo (nutriente geralmente limitante), abundância algal (expresso como clorofila-a) e na transparência da água (disco de Secchi), os seus critérios básicos. Tradicionalmente, os lagos tropicais foram sendo geralmente enquadrados segundo este critério, muito embora fosse reconhecida a nítida
diferenciação das respostas destes, em relação aos sistemas temperados, frente ao processo de eutrofização. Além disso, torna-se difícil aplicar uma classificação com fronteiras rígidas entre os níveis de estado trófico tendo em vista as diferenças regionais dos parâmetros limnológicos e o freqüente enquadramento dos lagos em diferentes categorias dependendo do critério utilizado (IETC, 1999). Uma solução encontrada para estas ambiguidades foi a de designar uma faixa de valores para um dado grau de eutrofização baseado em distribuição estatística (Ryding & Rast, 1989 apud Sallas & Martino, 1991). Por exemplo, o Lago Chivero no Zimbabwe, possuindo concentração de fósforo total de 40 µg/l, apresenta 55% de probabilidade de ser mesotrófico e 38% de chance de ser eutrófico. Tendo em vista que essa classificação com distribuição de probabilidade foi construída com base em banco de dados de lagos e reservatórios de regiões temperadas, cujas respostas funcionais frente ao aporte de nutrientes é nitidamente diferenciada em relação aos ecossistemas lacustres tropicais, Sallas & Martino (1991) propuseram refazer o mesmo tipo de classificação para lagos tropicais. Foram utilizados dados completos de 39 ecossistemas, localizados entre o Texas (E.U.A) e o sul da Argentina, dentre os quais encontrava-se o Lago Paranoá. O Lago Paranoá, ao longo do seu acelerado processo de eutrofização nas décadas de 70, 80 e meados de 90, foi considerado um exemplo de ecossistema lacustre tropical enquadrado como eutrófico. Com base nos dados de 1992 a 1996, coincidentes com o início do período de implementação do Programa de Despoluição, Felizatto et al. (1999), reavaliaram o estado trófico do Lago Paranoá, segundo a classificação desenvolvida para lagos tropicais por Sallas & Martino (1991) sob a supervisão de Vollenweider. A partir da adoção desta nova metodologia acoplada a utilização de pesos em função do estado trófico de cada braço, concluiu-se que, à exceção do Braço do Riacho Fundo classificado como eutrófico, o lago se enquadraria como mesotrófico para fósforo total em toda a sua extensão. No entanto, para o parâmetro clorofila-a, todo o espelho d água deveria ser classificado como hipertrófico. O Índice de estado trófico (Trophic State Index- TSI) é uma tentativa para prover em um único valor uma caracterização da qualidade de água de lagos, e que freqüentemente tem como finalidade classificar e ordená-los. Nos últimos anos, o índice de Carlson (Carlson, 1977) parece ter atingido uma aceitação geral na comunidade limninológica, principalmente a americana, sendo esse índice uma aproximação razoável para resolver esse problema. Esta é uma medida do estado trófico de um corpo de água que usa várias medidas da qualidade d água, inclu indo: transparência (a partir do disco de Secchi) - Equação 1, concentrações de Clorofila-a (biomassa algal) Equação 2 e de fósforo total (normalmente o nutriente considerado fator limitante para o crescimento algal) Equação 3. O índice (TSI) Equação 3 é uma média aritmética dos três índices individuais e varia de 0 a 100, os índices são calculados conforme as equações que se seguem: TSI1 = 60-14.41* ln (transparência - disco de Secchi em metros) equação (1) TSI2 = 9.81* ln (Clorofila-a em µg/l) + 30.6 equação (2)
TSI3 = 14.42 * ln (Fósforo total em µg/l) + 4.15 equação (3) TSI = (TSI1 + TSI2 + TSI3)/3 equação (4) OBJETIVO Com base na recente intensificação do processo de oligotrofização do Lago Paranoá e na existência de uma classificação de estado trófico mais apropriada a lagos tropicais (CEPIS, 1990 apud Sallas & Martino, 1991), foi realizado um novo enquadramento de cada sub-área deste reservatório, considerando a sua atual fase estabilizada de redução de estado trófico (fase 3 oligotrofização), prevalente desde o fim de 1998, tendo como pontos focais o fósforo total e a biomassa algal. Objetivando reunir as informações das concentrações de fósforo, clorofila-a e transparência da água (disco de Secchi) durante o período de oligotrofização em um único índice, foi também realizado o enquadramento de cada braço do Lago Paranoá pelo Índice de Estado Trófico de Carlson (1977). METODOLOGIA Em consulta a base de dados limnológicos da Companhia de Saneamento do Distrito Federal (CAESB), foram utilizados os dados médios das coletas mensais, a 1 metro de profundidade, de fósforo total e clorofila-a, de cada um dos braços e região central, relativos aos anos de 1999, 2000 e 2001. Os dados foram tabulados e os valores médios obtidos comparados com as curvas de probabilidade das classificações de estado trófico elaboradas por CEPIS (1990). O cálculo do índice de estado Trófico de Carlson (TSI) foi realizado sob a mesma base de dados acrescida do parâmetro transparência da água e do ano de 2002. RESULTADOS E DISCUSSÃO Ao longo da evolução global da qualidade da água no Lago Paranoá, pode-se considerar a existência de diferentes fases bem definidas, que vão desde a sua construção em 1959, passando pelo progressivo processo de eutrofização nas décadas de 60, 70, 80 e início de 90, até atingir o recente processo de oligotrofização, iniciado entre 1993-1994, e intensificado a partir de 1999 até os dias de hoje. A análise da série histórica, feita a partir dos dados mensais relativos aos principais parâmetros de qualidade da água indicadores de grau de trofia (fósforo total, biomassa algal e transparência da água) para cada compartimento (braço), ilustra bem a nítida existência de uma fase de eutrofização (1976-1992) e uma fase de oligotrofização (a partir de 1993). O processo de despoluição do Lago
Paranoá, iniciado com a adoção do novo tratamento terciário dos esgotos da bacia de drenagem (entre 1993 e 1994), foi seguido de um período inicial de respostas tímidas ao processo de redução dos aportes (1995 a 1998), e chegou à recente mudança marcante dos padrões de qualidade da água, com a estabilização da oligotrofização, a partir do início de 1999, com o advento do manejo do tempo de residência ou "flushing" (Starling et al., 2002). A Figura 1 ilustra a existência das fases supracitadas com base em dados de evolução de concentração de fósforo total, biomassa algal e transparência da água no Braço do Riacho Fundo. Assim, em contraste com os estudos anteriores conduzidos neste ecossistema, decidiu-se adotar uma abordagem espaço-temporal de análise dos dados levando-se em consideração a nítida existência destas fases bem demarcadas de evolução temporal do processo de eutrofização e oligotrofização em todos os compartimentos do Lago Paranoá. A partir da análise destes dados, pode-se constatar que as concentrações atuais de fósforo total enquadram o Lago Paranoá como OLIGOTRÓFICO em toda a sua extensão, havendo apenas uma tendência a mesotrofia no Braço do Riacho Fundo. No entanto, quando se considera a biomassa fitoplanctônica, constata-se que o lago passa a apresentar um maior estado trófico, sendo classificado como MESOTRÓFICO nos Braços do Gama, Torto e Bananal e como EUTRÓFICO no Braço do Riacho Fundo (Tabela 1). Em estudo recente de avaliação da capac idade suporte do Lago Paranoá para novos aportes externos de fósforo, Starling et al. (2002) concluíram que o Braço do Riacho Fundo já encontra-se atualmente acima da sua capacidade suporte, fato este evidenciado pelo recente reaparecimento de cianobactérias coloniais que motivaram a reaplicação de sulfato de cobre em alguns pontos desta região do lago. A partir da aplicação do Índice de Estado Trófico de Carlson nos dados referentes ao período mais recente de Oligotrofização (1999-2002), observou-se que todos os Braços do Lago Paranoá se enquadram como ligeiramente eutrófico, i.e., valores de TSI entre 50 e 60 (Figura 2).
Figura 1:Evolução Global de Fósforo Total (µg/l), Clorofila-a (µg/l) e transparência (cm) para o braço do Riacho Fundo (Braço A), com indicação das fases de eutrofização (1976-1992), Oligotrofização 1 - controle dos aportes (1993-1995), Oligotrofização 2 fase inicial (1996-1998) e Oligotrofização 3 estabilização (1999-2001). Tabela 1: Classificação Atual de Estado Trófico dos Compartimentos do Lago Paranoá, segundo CEPIS(1990). Braço P-Total (µg/l) Classificação Clorofila (µg/l) Classificação Riacho Fundo 24,03 ± 11,12 62% OLIGOTRÓFICO 34% MESOTRÓFICO 5% ULTRAOLIGOTRÓFICO 14 ± 7 57% EUTRÓFICO 34% MESOTRÓFICO 9% HIPEREUTRÓFICO Gama 13,00 ± 8,00 55% OLIGOTRÓFICO
43% ULTRAOLIGOTRÓFICO 6 ± 3 60% MESOTRÓFICO 30% OLIGOTRÓFICO 10% EUTRÓFICO Área Central 11,46 ± 7,00 50%OLIGOTRÓFICO 50% ULTRAOLIGOTRÓFICO 5 ± 3 52% MESOTRÓFICO 41% OLIGOTRÓFICO 5% EUTRÓFICO Torto 13,00 ± 10,00 55% OLIGOTRÓFICO 43% ULTRAOLIGOTRÓFICO 5 ± 2 52% MESOTRÓFICO 41% OLIGOTRÓFICO 5% EUTRÓFICO Bananal 16,00 ± 8,00
68% OLIGOTRÓFICO 28% ULTRAOLIGOTRÓFICO 9% MESOTRÓFICO 9 ± 4 60% MESOTRÓFICO 34% EUTRÓFICO 1% HIPEREUTRÓFICO Figura 2: Valores do Índice de Estado Trófico de Carlson (TSI) do Lago Paranoá para os Braços do riacho Fundo (TSIA), Gama (TSIB), Região Central (TSIC), Torto (TSID) e Bananal (TSIE), durante o período de 1999 a 2001 representados por Box-Plot. Segundo esta classificação de TSI, o ecossistema começa a apresentar reduzida transparência da água, anoxia hipolimnética e problemas com crescimento de macrófitas. Dentre as sub-áreas do lago submetidas a esta classificação, o Braço do Riacho Fundo obteve o maior valor de TSI e representa exatamente a única área onde os sintomas do processo da eutrofização supracitados já voltam a se manifestar. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES: A prevalência de condições de reduzido estado trófico no Lago Paranoá durante estes últimos anos que se seguiram ao manejo do seu tempo de residência no final de 1998, representa um exemplo singular de restauração da qualidade da água em lago urbano tropical acometido de um intenso processo de eutrofização. A despeito das medidas de controle de novas fontes externas de esgotos estarem sendo permanentemente adotadas em toda a bacia do Lago Paranoá, algumas áreas sujeitas a aportes pontuais mais expressivos como o Braço do Riacho Fundo já mostram sinais claros de sobrecarga e retorno dos sintomas da eutrofização, tais como florações de cianobactérias e crescimento excessivo de macrófitas (aguapé). Estas constatações dão respaldo às conclusão do presente estudo de que o Braço do Riacho Fundo, ao contrário do restante do lago, é atualmente EUTRÓFICO no que diz respeito à abundância fitoplanctônica. Assim, medidas complementares de restauração da qualidade da água baseadas em controles dos aportes externos via tributário (Riacho Fundo) e no emprego de ecotecnologias como a biomanipulação para redução do aporte interno de fósforo via sedimentos e peixes, devem ser priorizadas para conter o avanço da eutrofização nesta área
e consequentemente garantir a sustentabilidade e o sucesso do Programa de Despoluição do Lago Paranoá. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARLSON, R. E. A trophic state index for lakes. Limnological Oceanography, 361-369 p, 1977. IETC. Planning and Management of Lakes and Reservoirs: an integrated approach to eutrophication. Technical Publication Series 11. International Environmental Technology Centre UNEP. 375 pp, 1999. FELIZATTO, M. R.; ITONAGA, L. C. H.; TEIXEIRA PINTO, M. A.; CAVALCANTI, C. G. Statistical tendency analysis of Lake Paranoa limnological data and its trophic state classification based on CEPIS methodology. Anais do 20º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES), Rio de Janeiro, 10 a 14 de maio de 1999: 2159-2168. SALLAS, H. J. e MARTINO, P. A simplified phosphorus trophic state model for warm water tropical lakes. Wat. Reaserch, 25(3), 341-350, 1981. STARLING, F.L.R.M.; PEREIRA, C.E. e ANGELINI, R. Modelagem Ecológica do Fósforo e Avaliação da Capacidade Suporte do Lago Paranoá frente à Ocupação da sua Bacia de Drenagem. Relatório Técnico Final de Projeto de Pesquisa financiado pela Companhia Energética de Brasília (CEB). 162 pp, 2002. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a CEB Companhia Energética de Brasília pelo financiamento deste projeto de pesquisa.