Water quality in a reservoir for drinking water. Supply. Can chlorophyll-a be
used as an indicator for cyanobacteria occurrence?
D.A. Pereira1, A.B.S. Magalhaes1, R.K.X. Bastos1*, H.F.O. Santos1, J.S. Félix1, 1 Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil
*Autor de contato: Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil, Avenida Peter Henry Rolfs, s/n, Campus Universitário. Viçosa – MG (Brasil). CEP: 36570-900. Email: rkxb@ufv.br
ABSTRACT
In this work the relationship between water quality variables with cyanobacteria and microalgae in a raw water reservoir in Minas Gerais State, Brazil, was evaluated, with special attention to chlorophyll-a. Water samples were collected for approximately 14 months and were analyzed for chlorophyll-a, temperature, total solids, nitrates, total phosphorus and dissolved organic carbon, in addition to cyanobacteria and microalgae. Phosphorus was the only variable correlated with chlorophyll-a. There was no direct relationship between chlorophyll-a and cyanobacteria , raising questions about the use of the former as an indicator of the latter, as suggested in the Brazilian regulation on drinking-water , the Ministry of Health Ordinance 2914/2011.
Keywords: chlorophyll-a, cyanobacteria, Ordinance 2914 / 2011.
QUALIDADE DA ÁGUA EM UM RESERVATÓRIO DE ABASTECIMENTO PARA
CONSUMO HUMANO. CLOROFILA-A PODE SER UTILIZADA COMO UM
INDICADOR DA OCORRÊNCIA DE CIANOBACTÉRIAS?
Resumo
Neste trabalho avaliou-se a relação de variáveis físicas e químicas de qualidade da água com a ocorrência de cianobactérias e microalgas em um pequeno reservatório de abastecimento de água no estado de Minas Gerais, Brasil, com especial atenção à clorofila-a. Amostras de água foram coletadas mensalmente por aproximadamente 26 meses e analisadas para clorofila-a, temperatura, sólidos totais, nitratos, fósforo total e carbono orgânico dissolvido, além das cianobactérias e microalgas. A única variável que apresentou alguma correlação com clorofila-a foi fósforo total. Não foi possível perceber relação direta entre clorofila-a e cianobactérias, levantando questionamentos sobre o uso da concentração de clorofila-a como indicador da ocorrência cianobactérias, conforme recomendado na norma brasileira de qualidade da água para consumo humano, a Portaria 2914/ 2011 do Ministério da Saúde.
Introdução
Cianobactérias são organismos fotoautotróficos, que podem ser encontrados em uma grande variedade de habitat aquáticos, são um dos principais produtores primários em grande parte desses ambientes e possuem a habilidade de formar florações. As florações geralmente ocorrem em águas eutrofizadas (Paerl, 1996) e são situações onde as cianobactérias dominam a comunidade fitoplanctônica e aumentam sua biomassa chegando a densidades extremamente altas (Oliver e Ganf, 2002). O sucesso destes organismos não pode ser explicado apenas por uma característica, mas por vários fatores intrínsecos e ambientais em conjunto, como por exemplo, o fato de serem os únicos organismos do fitoplâncton capazes de fixar nitrogênio, controlar a flutuabilidade, acumular grandes quantidades de fósforo (Paerl, 1996; Schindler et al., 2008). A ocorrência de cianobactérias e suas florações em ambientes usados para abastecimento de água pode gerar uma série de problemas relacionados a produção de toxinas e compostos que alteram o gosto e o odor da água (Paerl, 1996).
No Brasil, a qualidade da água para cosumo humano é regulada pela Portaria no 2.914 / 2011 do Ministério da Saúde, que, além do padrão de potabilidade, dentre vários outros dispositivos de controle de qualidade da água, estabelece critérios para o monitoramento de cianobactérias e cianotoxinas na água bruta e tratada..O monitoramento de cianobactérias deve ser mensal quando da ocorrência de menos de 10.000 células por ml e semanal com contagens acima de10.000 células por ml. No caso das cianotoxinas, as análises devem ser realizadas semanalmente sempre que a densidade de cianobactérias ultrapassar 20.000 células por ml. Adicionalmente, a Portaria 2914 recomenda que clorofila-a seja monitorada semanalmente, como “indicador potencial de cianobactérias”; estabelece ainda que quando “a concentração de clorofila-a em duas semanas consecutivas tiver seu valor duplicado ou mais, deve-se proceder nova coleta de amostra para quantificação de cianobactérias no ponto de captação do manancial, para reavaliação da frequência de amostragem de cianobactérias”..
Clorofila-a, juntamente com fósforo, é reconhecidamente um indicador de grau de trofia de ambientes aquáticos, principalmente de ambientes lênticos (Carlson, 1977), mas seu emprego diretamente como indicador da ocorrência de cianobactérias, no caso do aumento, é no mínimo questionável. Assim, a partir de um estudo de caso no estado de Minas Gerais, Brasil, este trabalho pretende contribuir para a discussão dessa questão.
Metodologia
Amostras de água foram coletadas mensalmente no período de agosto de 2013 a dezembro de 2015 em um pequeno reservatório (≈86.000 m3) de abastecimento localizado na cidade de Viçosa, estado de Minas Gerais, na região Sudeste do Brasil (latitude: 20o45’14’’S, longitude: 42o52’53’’W). Trata-se de um represamento (segundo de uma série de cinco) do ribeirão São Bartolomeu, onde se localizam os pontos de captação para abastecimento da estação de tratamento de água (ETA) da Universidade Federal de Viçosa (UFV) e uma das ETAs da cidade de Viçosa, Parte das amostras foi preservada com lugol acético e utilizada na quantificação de microalgas e cianobactérias. A outra parte foi mantida em refrigeração e utilizada nas análises físicas e químicas. A quantificação de microalgas e cianobactérias foi realizada por contagem em microscópio ótico com auxílio de câmara de Sedgewick Rafter. Foram também avaliadas as seguintes variáveis: clorofila-a, temperatura, sólidos totais, nitratos, fósforo total e carbono orgânico dissolvido, de acordo com protocolos descritos no Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater (APHA, 2005). Os resultados foram tratados por meio de estatística descritiva e testes de correlação
Resultados e Discussão
A Tabela 1 apresenta os dados de qualidade da água expressos em termos de estatística descritiva
Tabela 1 – Estatística descritiva das variáveis de qualidade da água
Variável CHLa ST Nitratos PT COD Temp FTP CBC
µg.L1 mg.L1 mg.L1 mg.L1 mg.L1 °C Cel.ml1 Cel.ml1 Maximo 15.0 23.6 1.5 0.2 7.8 29.3 1708.9 761.2 Minimo 0.0 6.3 0.1 0.0 1.0 19.8 7.0 0.0 Media aritmética 6.8 13.4 0.7 0.0 3.7 24.9 145.5 41.3 Mediana 6.4 12.4 0.5 0.0 3.1 25.7 22.1 1.0 1º quartil (25%) 4.3 9.2 0.5 0.0 2.3 23.1 13.5 0.0 3º quartil (75%) 9.6 18.5 1.0 0.1 5.2 26.5 48.3 5.8 Desvio padrão 4.2 5.3 0.4 0.0 2.0 2.8 383.7 150.4
CHLa: clorofila-a; ST: sólidos totais; PT fósforo total; COD: carbono orgânico dissolvido; Temp:temperatura; FTP: fitoplâncton total; CBC: cianobactérias
A Tabela 2 apresenta os resultados dos testes de correlação entre as variáveis de qualidade da água . As correlações se mostraram fracas para as combinações entre temperatura e clorofila-a (0.34), nitratos e clorofila (0.30), fósforo total e nitratos (0.36) e temperatura e cianobactérias. Foi observado coeficiente médio na combinação entre fósforo total e temperatura (0.65). O coeficiente com valor forte foi observado apenas na combinação entre cianobactérias e fitoplâncton (0.89).
Tabela 2 – Coeficientes de correlação de Pearson entre as variáveis de qualidade da água
Variáveis CHLa ST Nitratos PT COD Temp FTP CBC
µg.L1 mg.L1 mg.L1 mg.L1 mg.L1 °C Cel.ml1 Cel.ml1 CBC 0.11 0.12 0.08 0.28 0.03 0.32 0.89 - FTP 0.03 0.15 0.08 0.27 0.18 0.09 - 0.89 Temp 0.34 0.20 0.23 0.65 0.09 - 0.09 0.32 COD 0.11 0.29 0.13 0.19 - 0.09 0.18 0.03 PT 0.05 0.10 0.36 - 0.19 0.65 0.27 0.28 Nitratos 0.30 0.17 - 0.36 0.13 0.23 0.08 0.08 ST 0.22 - 0.17 0.10 0.29 0.20 0.15 0.12 CHLa - 0.22 0.30 0.05 0.11 0.34 0.03 0.11
CHLa: clorofila-a; ST: sólidos totais; PT fósforo total; COD: carbono orgânico dissolvido; Temp:temperatura; FTP: fitoplâncton total; CBC: cianobactérias. Dados em negrito representam correlações estatisticamente significativas (p<0.05)
Para efeito de visualização de alguns dos resultados mostrados na Tabela 2, a Figura 1 apresenta gráficos de dispersão para as seguintes combinações : cianobactérias x clorofila-a, fitoplâncton x clorofila-a, cianobactérias x fitoplâncton e clorofila-a x fósforo total.
Figura 1 – Gráficos de dispersão para (A) clorofila-a x cianobactérias; (B) clorofila-a x fitoplâncton; (C) fitoplâncton x cianobactérias; (D) – fósforo x clorofila-a.
Os parâmetros que apresentaram alguma correlação com a clorofila-a foram os nitartos e a temperatura, fatores que são conhecidos por terem influência no desenvolvimento e acúmulo de biomassa de cianobactérias em sistemas de água doce (Paerl et al., 2001; Schindler et al., 2008). O fato do nitratos terem tido correlação positiva com a clorofila-a demonstra a importância do nitrogênio como fator limitante do fitoplâncton. Não é por acaso, portanto, que a clorofila e as diferentes formas de nitrogênio estão presentes em vários critérios de avaliação de estado trófico de ambientes aquáticos, por exemplo, no amplamente utilizado Índice de Carlson (Carlson, 1977), sendo nitrogênio uma variável-causa (preditiva) de eutrofização, enquanto clorofila é variável-resposta.
Correlação mais forte foi encontrada apenas entre cianobactérias e fitoplâncton o que pode ser explicado pelo fato do local de estudo ser um pequeno reservatório tropical e estável onde ocorrem poucas mudanças nos grupos de algas presentes. Não foi possível perceber relação direta entre entre clorofila-a e cianobactérias.. Este resultado reflete o fato de que a clorofila-a é encontrada em todas as microalgas e uma variação na concentração do pigmento não demonstra necessariamente variação na quantidade de cianobactérias. No entanto, também não foi encontrada uma relação direta entre clorofila-a e o fitoplâncton total, o que pode ser explicado pelo fato de que diferentes espécies e cepas possuem diferentes quantidades de pigmento em seu interior e também pelo fato de que uma espécie ou cepa de microalga ou cianobactéria pode aumentar ou diminuir a sua concentração de pigmentos de acordo com as condições do ambiente, como por exemplo, a intensidade luminosa (Zilliges et al., 2011). Dessa forma a variação na quantidade de clorofila-a pode ser um reflexo de mudanças na composição do fitoplâncton ou pode ser resultado da adaptação dos organismos às condições do ambiente e não um indicador de aumento na quantidade de microalgas
Conclusão
Embora os resultados corroborem o já consolidado entendimento que clorofila-a é um bom indicador de eutrofização, por outro lado, sugerem que o uso da concentração de clorofila-a como indicador de cianobactérias, como recomendado pela Portaria 2914, é ineficiente. Alternativas ao uso da clorofila-a incluem a medição de ficocianina (pigmento exclusivo das cianobactérias) e o uso de técnicas moleculares que funcionam com o uso de marcadores genéticos (Pimentel e Giani, 2013). No entanto, estas técnicas envolvem procedimentos de alto custo financeiro e mão de obra especializada, o que faz com que sejam inviáveis na maioria dos casos. Desta forma, a alternativa mais eficiente no monitoramento de cianobactérias e cianotoxinas continua sendo a contagem em microscópio seguida da análise de cianotoxinas quando for necessário. Naturalmente, essas conclusões, como tais, se restringem ao ambiente estudado e devem ser verificadas em condições diversas.
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