Qualidade da água e fontes potenciais de sedimentos na bacia hidrográfica da Lagoa dos Barros – RS : contribuição à eutrofização

Abstract

Ambientes eutróficos, intensificados pela ação antrópica, têm aumentada a produtividade aquática, geralmente identificada pelas florações de fitoplâncton. A identificação das fontes de nutrientes é uma das etapas necessárias à gestão da eutrofização e à prevenção da degradação da qualidade das águas aos usos pretendidos. A bacia hidrográfica da Lagoa dos Barros (240 km²) está localizada na Planície Costeira do estado do Rio Grande do Sul/Brasil, inclui diferentes usos do solo e apresentou eventos de florações de fitoplâncton (em 2015 e em 2020), apesar da natural turbidez, característica de lagoas costeiras rasas. O trabalho de pesquisa decorre do monitoramento, de setembro de 2021 a setembro de 2022, das águas da Lagoa, e de outubro de 2021 a outubro de 2022, de 11 principais afluentes, para o entendimento da eutrofização de sistemas lagunares rasos subtropicais, em face da contribuição de sedimentos em suspensão por diferentes usos do solo. Para isso, foram desenvolvidos três estudos que compreendem: 1) Monitoramento de parâmetros das águas da Lagoa e afluentes para correlações com a biomassa do fitoplâncton (clorofila-a), contemplando a variabilidade espacial das coletas na Lagoa; 2) Contribuição das principais fontes de sedimento para a Lagoa através da modelagem matemática Source Sediment Fingerprinting (SSF), a partir dos usos do solo da bacia hidrográfica; 3) Verificação sobre o atendimento aos padrões de qualidade hídrica da legislação brasileira, conforme a Resolução CONAMA N.º 357/2005. Os dados utilizados foram obtidos a partir da caracterização química do solo em seus principais usos (Mapbiomas e in loco) e do monitoramento das águas da Lagoa e dos afluentes (AS) agrupados conforme os usos: agricultura (AS1, AS2, AS2B, AS3), pastagem nativa ou plantada (AS5, AS7), drenagem/contribuição urbana (AS4 e AS9) e mata (AS6, AS6B, AS8), além da caracterização química dos depósitos de sedimentos de fundo de cada AS. Todas as amostras foram coletadas mensalmente. Os parâmetros de qualidade de água determinados foram: pH, condutividade elétrica, sólidos em suspensão (e suas frações: dissolvida - SD e particulada - SP), pelo método da evaporação, teor de nitrogênio inorgânico total (N) por destilação Kjedahl, e teores pseudo-totais de 22 elementos (Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Li, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, V, Zn) obtidos por espectrometria de emissão atômica (ICP OES) das frações total e dissolvida, além dos dados de clorofila-a (Chl-a) da Lagoa, detectados por espectrofotometria. Para o estudo 1 foram utilizados os parâmetros de qualidade das águas concentração de sólidos, pH, N e P, a fim de estabelecer relações entre eles e a Chl-a da Lagoa. Os parâmetros foram analisados por estatística descritiva, considerando variabilidade temporal e espacial, testes estatísticos e modelos lineares. Para o estudo 2 foram determinados os potenciais traçadores geoquímicos das origens classificadas por tipo de uso do solo a partir de duas abordagens: a) a partir de coleta de solo em áreas de “Agricultura, “Mata”, “Silvicultura”, “Pastagem”, “Mineração”; e b) por sedimentos de fundo dos AS agrupados conforme os tipos de uso, quais sejam “Agricultura”, “Pastagem”, “Serra Geral” e “Drenagem urbana”. Para a estimativa da proporção relativa de contribuição dessas fontes foi utilizado o método SSF. Tanto para o estudo 1 quanto para o estudo 2, foi utilizado o software RStudio como ferramenta de análise. Por fim, o último estudo buscou analisar se os parâmetros monitorados atendem aos padrões da legislação ambiental com relação aos atuais múltiplos usos das águas pela comunidade local, quais sejam: (i) recreação de primeiro contato, (ii) irrigação cerealífera e silvicultura e (iii) ponto de lançamento de águas cloacais tratadas. Os resultados demonstraram que os SP explicam a Chla (R² =0,5; p< 0,05) e há variabilidade de biomassa, conforme a localização de ponto de coleta de água superficial na Lagoa. Os resultados de monitoramento demonstraram altas concentrações de sólidos de AS de drenagem urbana, apesar da maior contribuição relativa, durante o período monitorado, daqueles de uso agrícola. Segundo a abordagem “a”, a contribuição relativa mediana de 53 a 73% dos sedimentos em suspensão da Lagoa corresponderam ao uso pela agricultura, com até 90,69% das amostras explicadas (p<0,0001), quando a silvicultura e a pastagem foram reunidas como uma fonte. Já conforme a abordagem “b” houve maior explicação das amostras em até 96,67% (p<0,000001), porém a contribuição relativa da agricultura variou mais, de 28,6 a 99,7%, ao longo do período. Os teores de inorgânicos de maior importância encontrados nas águas dos AS e da Lagoa, que quando detectados, apresentaram-se acima dos padrões de águas doces da classe 2 para os usos atuais foram: Ni, Mn, Pb, Se, P, Cr, Fedissolvido, Cudissolvido, Aldissolvido, Zn e As. Dentre esses, configuram também como traçadores do estudo SSF: Ni, Mn, Pb, P, Cr, Fe, Cu, Zn, evidenciando a convergência dos resultados entre os estudos de SSF e monitoramento. Assim, conclui-se que a adoção de diferentes estudos auxilia na compreensão dos impactos das atividades humanas sobre as águas, principalmente ao focar nas possíveis causas caracterizadas pelos usos do solo. Os estudos convergem para a conclusão de que a preservação dos campos nativos e do bioma da Mata Atlântica são essenciais para a minimização da contribuição de sedimentos e concentrações de inorgânicos, que alterem a qualidade da água aos usos pretendidos, já que as menores concentrações estão associadas a esses usos, principalmente em se tratando de exutório lagunar eutrofizado subtropical e naturalmente turvo.

Eutrophic environments, intensified by anthropic action, increase aquatic productivity, usually identified by phytoplankton blooms. The identification of nutrient sources is one of the necessary steps to manage eutrophication and prevent the degradation of water quality to its intended uses. The Barros’s Lake catchment (240 km²) is in the Coastal Plain of the state of Rio Grande do Sul/Brazil, includes different land uses and presented phytoplankton bloom events (in 2015 and in 2020), despite the natural turbidity, characteristic of shallow coastal lakes. The research work stems from the monitoring from September 2021 to September 2022 of the lake waters and from October 2021 to October 2022 of 11 main superficial affluents to understand the eutrophication of subtropical shallow lakes’ systems, regarding the contribution of suspended sediments by different land uses. To this end, three studies were developed, which include: 1) Monitoring of the Barros’ Lake and its AS water parameters and corresponding correlations with the phytoplankton biomass (chlorophyl-a), contemplating the spatial variability of the Lake sampling; 2) Contribution of the main sources of sediment to the Lake through mathematical modeling Source Sediment Fingerprinting (SSF), based on the land uses of the sub-basin; 3) Verification of compliance with the water quality standards of the Brazilian legislation, according to CONAMA Resolution N.º. 357/2005. The data used were obtained from the soil chemistry and main land uses characterization (Mapbiomas and in loco) and from the Lake and AS water monitoring grouped according to the uses: agriculture (AS1, AS2, AS2B, AS3), native or planted grassland (AS5, AS7), urban drainage/contribution (AS4 and AS9) and forest (AS6, AS6B, AS8), in addition to the chemical characterization of the bottom sediment deposits of each AS. All samples were collected monthly. The water quality parameters determined were: pH, electrical conductivity, suspended solids (and their fractions: dissolved - SD and particulate - SP), by the evaporation method, total inorganic nitrogen (N) content by Kjedahl distillation, and pseudototal geochemical contents (Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Li, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, V, Zn) obtained by atomic emission spectrometry (ICP OES) of the total and dissolved fractions, in addition to the chlorophyll-a (Chl-a) data from Barros’ Lake, detected by spectrophotometry. For study 1, the water quality parameters of solids concentration, pH, N and P were used to establish relationships between them and the Chl-a of the Lake. The parameters were analyzed by descriptive statistics, considering temporal and spatial variability, statistical tests, and linear models. For study 2, the potential geochemical tracers of the origins were determined classified by type of land use from two approaches: a) from soil sampling in areas of "Agriculture", "Forest", “Silviculture”, "Grassland", "Mining"; and b) by bottom sediments from AS grouped by type of use, which were “Agriculture”, “Grassland”, “Highlands” and “Urban Drainage”. To estimate the relative proportion of sediment contribution from these sources, the SSF method was used. For both study 1 and study 2, the RStudio software was used as an analysis tool. Finally, the last study sought to analyze whether the monitored parameters meet the standards of environmental legislation in relation to the current multiple uses of water by the local community, namely: first contact recreation, cereal irrigation and silviculture, and the treated sewage discharge. The results showed that the SP explained Chl-a (R² = 0.5; p< 0.05) and there was biomass variability according to the location of the surface water sampling in the Lake. The monitoring results showed high concentrations of solids from urban drainage affluents, despite the higher relative contribution, during the monitored period, of those from agricultural use. According to approach "a", the relative contribution of 53 to 73% of the suspended sediments of the Lake corresponds to the use by agriculture, with up to 90.69% of the samples explained (p<0.0001), when silviculture and grassland were gathered as a source. On the other hand, according to approach "b", there was a greater explanation of the samples in up to 96.67% (p<0.000001), but the relative contribution of agriculture varied more, from 28.6 to 99.7%, over the period. The most important inorganic contents found in the AS and the Lake waters, which when detected were above the class 2 freshwater standards for the current uses, were: Ni, Mn, Pb, Se, P, Cr, Fedissolved, Cudissolved, Aldissolved, Zn and As. Among these, the following are also the tracers of the SSF study: Ni, Mn, Pb, P, Cr, Fe, Cu, Zn, evidencing the convergence of the results between the SSF studies and monitoring. Thus, it is concluded that the adoption of different studies helps in the understanding of the human activities impacts on water, especially by focusing on the possible causes characterized by land uses. The studies converge in the conclusion that the preservation of native grasslands and the Atlantic Forest biome are essential to minimize the contribution of sediments and inorganics concentrations, which alter the quality of water to the intended uses, especially in the case of subtropical eutrophic and naturally turbid lagoon outlet.