Análise de risco ecológico por metais e metaloides em águas superficiais: estudo de caso da Bacia do Rio Doce
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Camila Costa de Amorim Amaral
Cristiano Christofaro Matosinhos
Wanderlene Ferreira Nacif
Cristiano Christofaro Matosinhos
Wanderlene Ferreira Nacif
Resumo
A bacia do rio Doce vem sofrendo pressão antrópica por meio de atividades relacionadas à agropecuária e pela extração mineral, principalmente nas porções mais a montante nas sub-bacias do rio Piracicaba e rio do Carmo, as quais recepcionam, historicamente, os rejeitos, efluentes e “runoff” provenientes das atividades praticadas na bacia. Concentrações de metais em águas acima do nível seguro para a biota aquática podem trazer prejuízos para esses organismos e consequentemente afetar toda a cadeia trófica e ecossistema. O objetivo geral desse estudo é realizar uma avaliação espaço-temporal do risco ecológico relacionado à ocorrência de metais e metaloide em águas superficiais na bacia do rio Doce. A área de estudo compreende 64 pontos de amostragem distribuídos nas porções alta e média da bacia do rio Doce, dentro dos limites do estado de Minas Gerais, o qual abarca 86% desta bacia. Os dados de qualidade da água foram obtidos por meio do Repositório Institucional do Instituto Mineiro de Gestão das Águas – IGAM. A avaliação do risco ecológico foi realizada pelo método do Quociente de Risco (QR), com foco na toxicidade para os organismos aquáticos mais sensíveis. Os QRs agudo e crônico foram calculados a partir da razão entre concentrações observadas de metais e metaloides nos pontos distribuídos na bacia do rio Doce, para o período de 2009 a 2022, e os valores de concentração prevista que não causa efeito (PNEC) para cada metal. Para Cu, Mn, Ni, Pb e Zn, foi feito o ajuste do PNEC considerando a biodisponibilidade (PNECbio) por meio do uso de ferramentas de modelagem baseadas nos modelos de ligantes bióticos (BLMs) de acordo com características químicas da água da bacia do rio Doce em cada amostra. Os riscos encontrados foram avaliados à luz do uso do solo obtido pelo MapBiomas na região de influência de cada estação amostral, delimitada por meio de ferramentas do Grass no QGIS. O risco ecológico foi comparado às análises de toxicidade realizadas pelo IGAM em 13 pontos de monitoramento. Os resultados evidenciam que os elementos Hg, Cr, Cd e As são pouco representativos na bacia e não foram detectados em mais de 60% das estações de amostragem. A partir dos resultados do QR foi possível identificar o Fe, Al, e Mn como os metais que apresentaram valores extremos mais elevados e maior variabilidade na bacia. Os resultados sugerem que a ARE é conservadora e que, apesar de apontar os pontos e períodos críticos para monitoramento, não substitui os ensaios ecotoxicológicos. Os riscos ecológicos obtidos para os metais na Bacia do Rio Doce aumentam na estação chuvosa, sendo esse, portanto, o período prioritário para o monitoramento ecotoxicológico. Nas áreas afetadas pelo rompimento da barragem de Fundão, o ano hidrológico 2015 foi o mais crítico e o padrão de distribuição dos riscos ecológicos atuais vem se aproximando gradualmente do risco ecológico existente antes do rompimento, não havendo, em geral, diferenças estatisticamente significativas entre os últimos anos de monitoramento e o período pré-rompimento. Não foi verificada relação entre o uso do solo e os riscos associados aos metais na bacia. Essa é a primeira análise de risco ecológico realizada para a bacia do rio Doce, e os resultados contribuem para o aprofundamento do conhecimento acerca dos riscos impostos pelos metais e metalóides à biota aquática na bacia, podendo auxiliar na tomada de decisões.
Abstract
The Doce river basin has been suffering anthropogenic pressure through activities
related to agriculture and mineral extraction, mainly in the upstream portions of the
Piracicaba river and Carmo river sub-basins, which historically receive waste, effluents
and stormwater “runoff” arising from activities carried out in the basin. Concentrations
of metals in waters above the safe level for aquatic biota can cause harm to these
organisms and consequently affect the entire trophic chain and ecossystem. The
general objective of this study is to carry out a spatio-temporal assessment of the
ecological risk (ERA) related to the occurrence of metals and metalloids in surface
waters in the Doce River basin. The study area comprises 64 points distributed in the
upper and middle portions of the Doce river basin, within the limits of the state of Minas
Gerais, which covers 86% of this basin. Water quality data were obtained through the
Institutional Repository of Minas Gerais Institute of Water Management – IGAM. The
ecological risk assessment was carried by calculating the Risk Quotient (RQ) for each
observation, focusing on toxicity to the most sensitive aquatic organisms. Acute and
chronic RQ were calculated by the ratio between observed concentrations of metals
and metalloids in 64 points distributed throughout the Minas Gerais portion of the Doce
River basin from 2009 to 2022, and predicted concentration values that do not cause
an effect (PNEC). For Cu, Mn, Ni, Pb and Zn, the PNEC was adjusted considering
bioavailability (PNECbio) through the use of modeling tools based on biotic ligand
models (BLMs) according to the chemical characteristics of the water in the Doce River
Basin in every sample. Calculated risks were evaluated in light of land use obtained by
MapBiomas in the region of influence of each sampling station, delimited using Grass
tools in QGIS. The ecological risk was compared to toxicity analyzes carried out by
IGAM at 13 monitoring points. Results showed that the elements Hg, Cr, Cd and As
are not very representative in the basin and were not detected in more than 60% of the
sampling stations. RQ indicated that Fe, Al, and Mn presented higher extreme values
and greater variability in the basin. Results suggest that the ERA is conservative and
that, despite pointing out critical points and periods for monitoring, it does not replace
ecotoxicological tests. The ecological risks obtained for metals increases in the rainy
season in the Doce River Basin, thus being the priority period for ecotoxicological
monitoring. In the areas affected by the collapse of the Fundão dam, the 2015
hydrological year was the most affected and, since then, the ecological risk pattern has
been gradually approaching values detected before the collapse, showing, in general,
no statistically significant differences between recent years and the pre-disruption
period. No correlation was found between land use and risks associated with metals
in the basin. This is the first ERA for the Doce River Basin and results contribute with
a deeper knowledge on the risks imposed by metals and metaloids in the basin and
may contribute with decision making related to watershed management.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Toxicidade aguda, Águas superficiais, Água - Qualidade, Toxicologia ambiental, Rio Doce, Bacia
Palavras-chave
Biodisponibilidade, Toxicidade aguda, Qualidade das águas superficiais, Proteção à vida aquática, Ecotoxicologia
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