Phytoplankton community of the Guarapiranga dam: 1991-92: ecological aspects of sanitation and subsidies for the rehabilitation of environmental quality

A represa de Guarapiranga faz parte da sub-bacia do alto Tietê e situa-se entre a Região Metropolitana de São Paulo e cidades vizinhas: Itapecerica da Serra e Embu-guaçu, SP (230 43\' S e 46° 32\' W). Sua bacia estende-se ainda pelos municípios de Embu e Cotia. Foi construída em 1906 pela barragem do rio Guarapiranga, com o objetivo de regularizar as vazões contribuintes e ampliar a produção de energia elétrica em Santana do Parnaíba. Em 1926 passou a servir ao abastecimento público e atualmente suas finalidades são: controle de enchentes, geração de energia, recreação e abastecimento. É responsável pelo atendimento da demanda hídrica de 60 por cento da população da Região Metropolitana de São Paulo, sendo o segundo sistema produtor da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, suprindo 21 bairros da cidade de São Paulo e também Taboão da Serra, Osasco e Carapicuíba. Nas últimas décadas a qualidade de suas águas vem sendo submetida a séria deterioração, em virtude da intensa ocupação e usos inadequados do solo de sua bacia de drenagem, bem como dos crescentes aportes de esgotos, que incrementaram sua eutrofização e o desenvolvimento explosivo da comunidade fitoplanctônica. Este trabalho relata aspectos ecológicos, sanitários e indica ações para um manejo mais adequado da represa de Guarapiranga, a partir da análise da comunidade fitoplanctônica e suas relações com as variáveis ambientais, estudadas no período entre maio de 1991 e julho de 1992. Os dados foram obtidos em campanhas semanais de amostragem em dois pontos da área de água aberta superficial da represa. Neste estudo foram analisadas as características e flutuações da comunidade fitoplanctônica (riqueza, densidade, bioárea, biovolume, diversidade de espécies, uniformidade, estratégias adaptativas, bem como taxas de alteração). Propôs-se um método para avaliação da persistência dos grupos analisados, que mostrou-se eficiente, especialmente para a avaliação sanitária. Foram analisadas simultaneamente as características climatológicas e hidrológicas atuantes na represa e também os aspectos fisicos e químicos da qualidade da água (temperatura, profundidade, transparência, cor, turbidez, condutividade, potencial hidrogeniônico, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio, alcalinidade, dureza, teor de sólidos totais em suspensão, fósforo solúvel reativo, fosfato total, nitrogênio amoniacal, nitrato, sulfato, cloreto, cálcio, potássio, silício, sódio, magnésio, manganês, cobre, alumínio, ferro e zinco). Os resultados mostraram a ocorrência de 240 táxons, sendo que as clorococales e as zignemaficeas destacaram-se pela riqueza de espécies. A comunidade demonstrou os efeitos da eutrofização, através da alta produção algácea expressa pelas elevadas densidades e biovolumes, especialmente de espécies indicadoras de eutrofização. Os fatores climáticos e a influência antrópica (expressa pela eutrofização, operação hidráulica e controle algáceo) atuaram como as principais forçantes de alterações da comunidade fitoplanctônica. Os dados obtidos para a estação de coleta mais próxima da barragem e captação de água para abastecimento - denominado ponto 1- mostraram a influência da urbanização de suas margens, e os obtidos na estação mais a montante - ponto 4 - indicaram as influências de desmatamentos recentes. Observou-se que as chuvas promovem entrada de nutrientes e contaminantes, magnificando os resultados da degradação ambiental. Estes ingressos de nutrientes favorecem um maior desenvolvimento algáceo. Entre os efeitos da degradação na qualidade da água, o mais deletério é o ingresso de teores elevados de metais, entre estes o alumínio, citado na literatura médica por sua relação com doenças neurológicas crônicas como o mal de Alzheimer. O risco à saúde humana é discutido neste trabalho. O teor deste metal mostrou correlação negativa com densidade, bioárea e riqueza de espécies do fitoplâncton. A espécie que mais se destacou na represa, em densidade e biomassa, foi Dictyosphaerium ehrenberghianum. Criptoficeas e zignemaficeas mostraram maior taxa de alteração das comunidades, devido às aplicações de sulfato de cobre para o controle algáceo, realizadas na área de captação para abastecimento - ponto 1. Rhizosolenia eiriensis mostrou correlação negativa com o teor aplicado deste algicida, o que pode indicar sensibilidade desta espécie ao controle. Espécies de Mougeotia contribuíram expressivamente para a densidade e o biovolume total das algas em água aberta, durante as fases de maior movimentação, períodos estes de intensa pluviosidade. A estabilidade da comunidade fitoplanctônica foi espressa por algumas fases de equilíbrio verificadas apenas na estação de captação, bem como pela persistência de penales nesta estação e de volvocales na estação a montante. Diatomáceas atingiram seu auge nos períodos de inverno, clorococales e zignemaficeas, no verão. O aumento da disponibilidade de nutrientes por aporte da bacia ou por senescência das algas, especialmente de clorococales e zignemaficeas no verão e a concentração de nutrientes durante a seca mais intensa, favoreceram o desenvolvimento de Cyanophyceae/Cyanobacteria como Aphanocapsa, Synechoccocus, Oscillatoria e Pseudoanabaena. As florações de cianoficeas são discutidas sob o aspecto ecológico e sanitário, incluindo os riscos à saúde humana. As espécies que se destacaram em biovolume ou densidade são, em geral, relatadas na literatura como indicadoras de ambiente eutrofizado. Espécies oportunistas, r-estrategistas tiveram seu desenvolvimento favorecido no ambiente estudado, não sendo encontradas quantidades expressivas de espécies estritamente K-estrategistas. A teoria ecológica que mostrou-se mais adequada, provendo maior quantidade de informação foi a teoria do não equilíbrio, com a aplicação do teste da hipótese do distúrbio intermediário. A qualidade ambiental e em especial a da comunidade fitoplanctônica, foi analisada quanto às características sanitárias. A partir dos resultados obtidos e considerando-se também a realidade atual das forças econômicas, políticas e sociais atuantes, propõe-se medidas de melhoramento do manejo e qualidade ambiental, estabelecendo-se prioridades de curto, médio e longo prazo para sua aplicação. Este estudo permitiu concluir que a represa de Guarapiranga é um ambiente de alta taxa de transferência de matéria e energia que as recebe, transforma em biomassa planctônica e as exporta, configurando-se desta forma uma reciclagem muito intensa. Esta reciclagem intensa e o elevado potencial de autodepuração permitem concluir que ações para o melhoramento da qualidade ambiental podem apresentar resultados favoráveis a curto prazo. A importância da eficiência destas ações relaciona-se ao melhoramento da qualidade da água fornecida à população humana, bem como da qualidade de vida dos usuários da represa.Guarapiranga reservoir belongs to Tietê basin, is located at the Metropolitan Area of São Paulo City, surrounded by other neighbours small Cities as Itapecerica da Serra and Embuguaçu, SP (23° 43\'S and 46° 32\' W). There are two other towns in its basin, Embu and Cotia. The dam was built in 1906, in the Guarapiranga river, in order to provide electric power and to regulate the flow. It started to supply water to São Paulo City in 1926. Nowadays this reservoir which is the second one of São Paulo State\'s Basic Sanitary Company, provides water to 60 per cent of São Paulo\'s Metropolitan Region population, attending 21 districts of São Paulo and another towns, as Osasco and Carapicuiba. It has beeing also used for electric energy production and people recreation. The water quality decreased in the last decades, due to the intensive people migration from other states, attracted to São Paulo\'s economic development. This demographic growth increased the water\'s as well as the land uses and occupation, the degradation of the basin, and also the explosive development of the algae of its waters. This thesis discuss the ecological and sanitary aspects and indicate adequate management measures, supported by the analysis of the phytoplanktonic community and its relationships with the environmental variables, through data weekly sampled from may 1991 to july 1992. The analysis of the phytoplanktonic community characteristics and flutuations (richness, density, bioarea, biovolume, species diversity, eveness, survivor species strategies, alteration rates, and community stability - testing a new method to evaluate community persistance, which showed to be useful), as well as physical and chemical parameters to evaluate the water quality (temperature, depth, transparency, color, turbidity, conductivity, hidrogenionic potencial, dissolved oxygen, biological oxygen demand, alkalinity, hardness, total suspended solids, and PO4-3, TP, NH4+ NO3-, S04-2, CI-, Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Si and Zn) were carried out from two surface sampling stations in the open water. The analysis showed 240 species, detaching Chloroccocales and Zignemaphyceae by their richness. The community showed eutrofication effects through the high algae productivity, expressed by density and biovolume, specially of high trophic level indicator species. The climatic events and anthropic influences, showed by the eutrophication and hidraulic management, as well as showed by the algae control through copper sulphate were the major umpelling forces promoting phytoplanktonic community changes. Station 1, which was the closest station to the dam and intake for supply, showed the urbanization influence of the surrounding areas as well as of the copper sulphate applications, which were carried out only in this station. The station 4, upper in the reservoir, showed the effects of recent deforestation in its border region. Among these effects of the water quality degradation, the most deleterious one, is the input of elevated concentrations of heavy metals as aluminum, related in the medical literature, as responsible for Alzheimer\'s disease. These inputs occurred during high pluviosity periods, and they are related to a deforestation recently carried out at the basin. The rainy season, which promoted these nutrient and contaminant inputs, favoured also the intensive phytoplankton growth. Dictyosphaerium ehrenberghianum was the specie which showed the highest density and biovolume. Cryptophyceae and Zignemaphyceae showed higher alteration rates due to the copper sulphate, and Rhizosolenia eiriensis showed negative correlation with the applied concentration of this algicide. Mougeotia species contributed expressively to the density and biovolume in the open water, due to the intensive water movement during the higher pluviosity periods. The stability of the community was attained in some phases in the station 1, the lentic one but never in the station 4, the most lotic one. Pennales showed high persistance in the station 1, and Volvoccales in the station 4, throughout this study. Diatoms attained its higher values in cold-dry periods, in the winter and Chloroccocales and Zygnemaphyceae, during the warmer-wet periods in the summer. The inputs of nutrients from the basin and/or the senescence of the algae, specially Chlorococcales and Zygnemaphyceae in the summer and the ionic concentration during the most intensive dry periods favoured the growth of Cyanophyceae/Cyanobacteria like Aphanocapsa, Synechoccocus, Oscillatoria and Pseudoanabaena spp. The species which showed the highest productivity are often mentioned in the literature as indicators of eutrophication. Oportunistic species, r-strategists had its development favoured in this environment. The ecological theory, which showed to be more useful and gave more information, was the \"non equilibrium\" theory, with the Hipothesis of the Intermmediate Disturbance test. The environmental and phytoplankton qualities and sanitary characteristics were analysed. The results obtained, as well as economic, political and social present forces were considered in order to propose management measures for improvement of the environmental quality, priorized to be applied in short, medium and long time. This study showed that Guarapiranga reservoir is an environment with high level of energy and material transference, receiving, changing it in living biomass, and exporting its contents to other environments, in this case, our homes. The recycling is very fast, therefore any improvement of the sanitary level at the basin and at the water will be reflected immediatly in the distributed water supply, as well as in the life quality of the users