Dinâmica de populações de cianobactérias em reservatório eutrofizado no semi-árido nordestino brasileiro.

A Barragem Armando Ribeiro Gonçalves (06o08 S ; 37o 07 W) situada no semi-árido do Estado do Rio Grande do Norte representa 68% do total de água de superfície acumulada no Estado. Com capacidade volumétrica máxima de 2,4 x 109 m3, é responsável pelo abastecimento doméstico de 400 mil habitantes, é também destinada à irrigação, aqüicultura, pesca, lazer e apresenta contínuas florações de cianobactérias potencialmente tóxicas. Os objetivos deste trabalho foram identificar as cianobactérias planctônicas, reconhecer os padrões temporais de distribuição das populações compreendendo os fatores ambientais que regulam a sua dominância e identificar e quantificar as cianotoxinas presentes no séston da água bruta do reservatório e tratada nas saídas de distribuição da estacão de tratamento (ETA). Em função das características climáticas da região as investigações foram realizadas no período de 2000 a 2002. As amostras para identificação das cianobactérias (n=36) foram coletadas com rede de plâncton (20m) entre 2000 e 2002 e foram preservadas com formol a 4%. Para detectar variações temporais do fitoplâncton, amostras (22) foram coletadas (300 mL) e preservadas com lugol acético, em curtos intervalos de tempo (4 dias) no ciclo anual de 2000, na época de chuvas (abril e maio/n=8), intermediária (maio e julho/n=4) e na estiagem (novembro e dezembro/n=10) em 7 profundidades (superfície, a 10% e 1% de penetração de luz, a 5m, 10m e fundo = 21m) a 300 metros do talude principal da barragem. Concomitantemente, também foram coletadas amostras de água para análise dos nutrientes e das cianotoxinas. As amostras para análise das cianotoxinas foram coletadas no reservatório (n=9), no Canal de Pataxó (n=4 - canal aberto para transportar água do reservatório para ETA) e na saída de distribuição da ETA local (n=4). Foram analisados fatores climáticos (ventos, chuvas, temperatura), hidrológicos (tempo de residência, volume), físicos (Zeu, temperatura da água) e químicos (condutividade elétrica, material em suspensão orgânico e inorgânico, alcalinidade, CO2 livre e total, HCO3 -, O2, NO3 -,NH4 +, NTD, NT, PSR,PTD, PT e N:P), além de atributos da comunidade do fitoplâncton (diversidade, eqüitabilidade, abundância e biomassa expressa em biovolume mm3.L-1) e determinação de cianotoxinas (microcistinas, saxitoxinas e cilindrospermopsinas) por técnica de HPLC e ELISA. Identificamos 28 táxons do fitoplâncton, 20 de cianobactérias (71%), 5 clorofíceas (18%) e 4 diatomáceas (14%) e foram distribuídas em 12 gêneros representados por 12 espécies. Quatro dso táxons não são típicos de suas respectivas espécies (cf.) e quatro foram identificados em nível de gênero. Nostocales e Chroococcales foram as ordens melhor representadas, com 10 e oito táxons respectivamente, seguida da ordem Oscillatoriales com 3 táxons. Os táxons estão distribuídos nas seguintes famílias: Nostocaceae (5gêneros/10espécies), Anabaena sp, Anabaena sp1, A.circinalis, A. viguieri, Aphanizomenon gracile, Aphanizomenon cf. manguinii, Aphanizomenon cf. issatschenkoi, Cylindrospermopsis raciborskii, Cylindrospermum sp e Raphidiopsis mediterranea; Merismopediaceae (3gêneros-3espécies), Coelomoron tropicalis, Snowella cf. lacustris, Sphaerocavun brasiliense; Microcistaceae (1gênero-4espécies), Microcystis sp, M. protocystis, M. panniformis e M. novacekii; Pseudanabaenaceae (1gênero/1espécie), Geitlerinema unigranulatum; Oscillatoriaceae (1gênero/1espécie), Lyngbya sp; Phormidiaceae (1gênero/1espécie), Planktothrix agardhii. Dentre as cianobactérias 50% são potencialmente tóxicas. As espécies de Cyilindrospermopsis raciborskii, Microcyistis panniformis, M. protocystis, Aphanizomenon gracile e Aphanizomenon cf. manguinii tiveram maior ocorrência e abundância relativa (90-97%) e formaram florações mistas, tóxicas, intensas e alternadas durante o ciclo anual de 2000. O sistema apresentou circulação polímitica, com estratificações no período de chuvas e isotermia no período de estiagem. O curto intervalo de tempo das investigações possibilitou identificar a existência e a intensidade de distúrbios no sistema, permitindo uma melhor avaliação e entendimento das forças direcionadoras da estrutura e padrões sucessionais da comunidade fitoplanctônica. Na estiagem o vento proporcionou a circulação da camada fótica (Zeu=3m) no sistema, influenciando na disponibilidade de nutrientes e no padrão de distribuição do fitoplâncton, conferindo maior equilíbrio na comunidade. Condições climáticas e processos físicos inerentes ao reservatório foram determinantes para a circulação térmica total do sistema e a mistura das camadas profundas. As variáveis ambientais de maior influência na distribuição das cianobactérias foram o PSR, PT, NTD, CO2, Zeu, chuvas e vento. A variação desses fatores promoveu o estabelecimento de períodos ecologicamente distintos que foram descritos utilizando a abordagem de grupos funcionais proposta por Reynolds et al. (2000). Assim, identificamos que Cylindrospermopsis (Sn) dominou na ocorrência de chuvas, estratificação, ventos fracos, baixa Zeu, baixos valores de NO3 - , CO2 e PSR e altos de NH4 + e N:P. Microcystis spp (M) dominou no início da estiagem e de desestratificação do sistema, com maior Zeu, baixo níveis de NO3 - e PSR e alto de NH4 +e N:P. Ambas mostraram-se mais eficientes na exploração dos recursos. Na estiagem, período de mescla total da coluna d`água, baixa Zeu, altos níveis de NO3 -, PSR e baixo de NH4 +e N:P, espécies de associações H (Aphanizomenon sp, Anabaena spp), S1 (Planktothrix agardhii e Limnothrix), clorofíceas (F) e diatomáceas (P), adaptadas a viverem em ambientes com deficiência de luz, coexistiram mantendo maior uniformidade na distribuição da biomassa. A presença de C. raciborskii em diferentes condições ambientais no sistema confirma a grande amplitude de nicho dessa espécie e sugere que suas especificidades fisiológicas adaptativas são mais eficientes do que as de Microcystis e Aphanizomenon, uma vez que ela co-existiu mantendo biomassa significativa em todo o ciclo anual. A ocorrência de microcistinas (8.8 g l-1/água bruta e 0,26 g/L-1/tratada) e de saxitoxinas (3,14 g l-1/água bruta) aponta um risco permanente dessas toxinas em águas de abastecimento doméstico. A ingestão em pequenas doses de microcistinas, a longo prazo, pelas populações locais através da sua acumulação em musculutura de peixes, também deve ser considerada, devido à sua potencial capacidade de promover tumores hepáticos cancerígenos. A alta prevalência de saxitoxina na água bruta (60 %) alerta para o fato de que estas toxinas podem ser mais largamente distribuídas na água doce do que se tem conhecimento, especialmente no semiárido brasileiro. A presença de cianobactérias na água tratada (8,2 x105 cel.mL-1) muito acima do limite máximo aceitável para água bruta (2x104 cel.mL-1) revela ineficiência na remoção de células nas ETAs e indica a necessidade urgente de monitoramento regular, implementação de medidas de controle das florações e o cumprimento da portaria 1469/2000 recomendada pelo Ministério da Saúde, visando a melhoria da qualidade da água e, conseqüentemente, da saúde pública.The Armando Ribeiro Gonçalves reservoir, located in the semi-arid of the Rio Grande do Norte (06o08 S ; 37o 07 W), in Northeast Brazil, represents 68% of the total surface water accumulated in the state. The reservoir, with maximum volumetric capacity of 2.4 x 109, provides 400 thousands habitants and also is destined to irrigation, leisure and fishing. It has permanent and continuos blooms of potentially toxic cyanobacteria. The aim of this paper were to identify the planktonic cyanobacteria, to recognize the temporal patterns of population distribution, understanding the environmental factors regulating dominance, and to distinguish and quantify the cyanotoxins present in the reservoirs crude water seston and in the treated water at the treatment station outlet (ETA). According to the regions climatic characteristics, the investigations were carried out from 2000 to 2002. The samples for cyanobacteria identification (n=36) were collected with plankton net and preserved with formol 4%. In order to detect phitoplankton temporal variations, 22 samples were collected (300mL) and preserved with lugol solution. This was done in short period of time (4 days) in the 2000 annual cycle, in the rainy season (April and May/n=8), intermediate (May and July) and dry (november and December/ n=10) seasons, in 7 depths (surface, 10% and 1% of light penetration, in 5m, 10 and bottom =21), and in 300 meters from the reservoir major slope. At the same time, water samples for nutrient ad toxins analysis were collected. The samples for cianotoxins analysis were collected in the reservoir (n=9), in the Pataxó Channel (n=4 open channel for water transport to ETA) and in the local ETA distribution exit (n=4). Climatic factors were analyzed (wind, rain, temperature), as well as hydrological (residence period, volume), physical (Zeu, water temperature) and chemical (electric conductivity, suspension matter, both organic and inorganic, alkalinity, free and total CO2, HCO3 -, O2, NO3 -,NH4 +, NTD, NT, PSR,PTD, PT e N:P). The phytoplankton community attributes (diversity, equitability, abundance and biomass expressed in biovolume mm3.L-1) and the cyanotoxin determination (microcistins, saxitoxins e cylindrospermopsin) by HPLC technique and ELISA were also analysed. We have identified 28 phitoplankton taxa, 20 cyanobacteria taxa (71%), 5 cloroficeae (18%) and 4 diatomacea (14%). Among the cyanobacteria, 50% are potentially toxic, distributed in 12 genera represented by 12 species. Four of these genera are not typical of their representative species (cf.) and four were identified in the genera level. Nostocales e Chroococcales were the orders better represented, with 10 and 8 taxa respectively, followed by Oscillatoriales with 3 taxa. The taxa are distributed in the following families: Nostocaceae (5genera/10species), Anabaena sp, Anabaena sp1, A.circinalis, A. viguieri, Aphanizomenon gracile, Aphanizomenon cf. manguinii, Aphanizomenon cf. issatschenkoi, Cylindrospermopsis raciborskii, Cylindrospermum sp e Raphidiopsis mediterranea; Merismopediaceae (3genera-3species), Coelomoron tropicalis, Snowella cf. lacustris, Sphaerocavun brasiliense; Microcistaceae (1genus-4species), Microcystis sp, M. protocystis, M. panniformis e M. novacekii; Pseudanabaenaceae (1genus/1specie), Geitlerinema unigranulatum; Oscillatoriaceae (1genus/1specie), Lyngbya sp; Phormidiaceae (1genus/1specie), Planktothrix agardhii. The species of Cyilindrospermopsis raciborskii, Microcyistis panniformis, M. protocystis, Aphanizomenon gracile and Aphanizomenon cf. manguinii had larger relative abundance (90-97%) and formed mixed, toxic, intense and alternated blooms during the 2000 annual cycle. The system presented polimitic circulation, with stratification during the rainy season and homoiothermal conditions in the dry season. The short time period btween the investigations made possible to verify the existence and intensity of disturbance in the system, allowing better evaluation and understanding of the forces controlling structure and succession patterns in the phitopkankton community. In the dry season the wind enabled the photic layer circulation in the system (Zeu=3m), influencing the nutrient availability and phitoplankton distribution pattern, providing the community with more stability. Climatic conditions and physical processes inherent to the reservoir were determinant to the thermal circulation in the system and mixing of deep layers. The environmental variables of larger influence in the cyanobacteria distribution were PSR, PT, NTD, CO2, Zeu, rains, and wind. The variation of these factors promoted the establishment of ecologically distinct periods, described using the functional groups approach by Reynolds et al. (2000). Therefore, we have identified the Cylindrospermopsis (Sn) dominance during rains, both thermallly and quimic stratificated, slow winds, low Zeu, low CO3 - and CO2 and high NH4 + and N:P values. Microcystis spp (M) dominated from the beginning of drought and system destratification, with higher Zeu, low NO3 - and PSR and high NH4 + and N:P levels. During drought, period of mixing column water, low Zeu, high NO3 -, PSR and low NH4 + and N:P levels, associations of H (Aphanizomenon spp, Anabaena spp), S1 (Planktothrix agardhii e Limnothrix), Chlorophyceae (F) and Bacillariophyeae (P), all associations adapted to poor light environments, coexisted maintaining larger uniformity in the biomass distribution. The presence of C. raciborskii in different environmental conditions confirms this species great niche amplitude and suggests less efficiency of their adaptive physiological specificity when comparing to Microcystis and Aphanizomenon, since it coexisted maintaining significant biomass during all annual cycle. The microcistinas (8.8 g l-1/crude water and 0,26 g/L-1/treated water) and saxitoxinas presence (3,14 g l-1/gross water) points a permanent risk for domestic supply waters. The ingestion of small doses of microcistins, in the long term, by local population trough its accumulation in fish musculature has also to be considered, due to its potential capacity to promote carcinogens hepatic tumors. The prevalence of saxitoxin in the crude water (60%) alerts to the probability of larger distribution of this toxin in fresh water, more than what its knowm of today, specially in the semi-arid Brazil. The presence of cyanobacteria in treated water (8,2 x105 cel.mL-1) revels inefficiency in the cells removal in the ETAs and indicates the urgent need for regular monitoring, bloom control measures implementation, and inspection recommended by Brazils Health Ministry, aiming the water quality and public health improvement