601. Ecological risk assessment of a tropical metal contaminated area: the case study of Santo Amaro, Bahia, Brazil
- Author
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Niemeyer, Júlia Carina, Sousa, José Paulo Filipe Afonso de, and Silva, Eduardo Mendes
- Subjects
Função de habitat ,Metais ,Função de retenção ,Avaliação de risco ecológico ,Ecotoxicologia terrestre - Abstract
Tese de doutoramento em Biologia, na especialidade de Ecologia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra O presente estudo, realizado na área abandonada de uma fundição de chumbo no Brasil, teve como principal objetivo contribuir para a aplicação, em ambientes tropicais, de um esquema de análise de risco ecológico em etapas, e avaliar a adequabilidade dos diferentes parâmetros nas etapas dentro do enfoque da Tríade. Buscou-se caracterizar o risco ecológico em vários pontos da área de estudo, uma das mais contaminadas por metais do mundo, em Santo Amaro (BA, Brasil), fornecendo informações que indiquem possíveis medidas de remediação para o local e trazendo uma importante contribuição para decisões futuras. O objetivo deste trabalho é contribuir para o uso da avaliação de risco ecológico em processos de restauração e recuperação de locais contaminados no Brasil, seguindo as atuais tendências mundiais de proteção do solo. O Capítulo 2 apresenta a investigação preliminar, incluindo a fase de formulação do problema e o levantamento de informações científicas disponíveis sobre a área de estudo, resultando na elaboração de um modelo conceitual para o local e um plano de análise para a avaliação de risco. Um esquema em fases é proposto, integrando informações de três linhas de evidência (LoE): química, ecotoxicológica e ecológica. Os objetivos e as ações de cada fase da análise de risco foram estabelecidos para incluir avaliações ecológicas e ecotoxicológicas, não realizadas nos estudos anteriores sobre o local, com foco no compartimento ambiental solo. O plano de análise incluiu duas fases, usando a abordagem da Tríade: a fase 1, sendo uma fase de “varredura”, (Capítulo 3); e a fase 2, sendo a avaliação de risco detalhada (Capítulo 7). Na fase 1, a LoE química indicou um alto nível de contaminação por metais relacionados às atividades da antiga fábrica, mostrando uma alta heterogeneidade espacial relacionada aos locais de deposição de escórias e à tentativa de recobrir a escória com solo. Na LoE ecotoxicológica, os ensaios de fuga com organismos de solo indicaram um risco mais alto para o solo, relacionado aos locais dentro da área da fábrica com solos arenosos, do que para a água, relacionado aos ensaios com eluatos (luminescência de V. fischeri e ensaio de letalidade com D. magna), o que sugere uma alta retenção dos metais no solo da maioria dos pontos analisados. Na LoE ecológica, respiração basal do solo, bait lamina e cobertura vegetal apresentaram a mesma tendência nas respostas, apesar da menor sensibilidade deste último parâmetro. Os altos valores de risco encontrados em locais dentro da área da fábrica sugeriram a necessidade de ações de remediação do local, enquanto que algumas incertezas associadas às diferentes respostas nas LoE sugeriram a necessidade de avançar para a fase 2 da avaliação de risco em alguns pontos (cujas informações foram coletadas nos capítulos seguintes à fase 1). O Capítulo 4 apresenta os efeitos dos solos contaminados sobre a reprodução de Eisenia andrei, Enchytraeus crypticus e Folsomia candida, e uma discussão sobre as diferentes sensibilidades destas species e sobre a performance destes ensaios padronizados em solos tropicais. Os Capítulos 5 e 6 foram dedicados aos parâmetros ecológicos usados na LoE ecológica. O Capítulo 5 apresenta o uso de indicadores microbianos de qualidade de solo na avaliação das condições ecológicas e da atividade biológica na área de estudo. O Capítulo 6 apresenta a aplicação das avaliações ecológicas e ensaios in situ para avaliar os efeitos na estrutura e no funcionamento do ecossistema. Os resultados de alguns destes parâmetros indicaram que a cobertura vegetal e a composição de espécies estiveram correlacionadas com algumas funções do solo, tais como a ciclagem de nutrientes e a quebra de material orgânico. Os endpoints avaliados foram estrutura da vegetação, invertebrados da superfície do solo, decomposição do material orgânico e alguns parâmetros microbianos. Estes parâmetros indicaram uma clara diferença entre os pontos dentro e fora da área da fábrica, indicando risco ecológico mesmo 17 anos depois do encerramento das atividades da fábrica. No Capítulo 7 são apresentados os valores de risco para cada LoE e os valores de risco integrado, calculados na fase 2 da análise de risco, usando os resultados dos parâmetros apresentados nos Capítulos de 4 a 6, e incluindo os ensaios com plantas e os ensaios crônicos aquáticos com os eluatos. Os altos valores de risco em alguns pontos, confirmando o risco indicado na fase 1, restringem o uso da área mesmo como área industrial, requerendo o encapsulamento do solo. No Capítulo 8 é apresentada uma discussão crítica sobre os resultados e sobre as perspectivas de pesquisas futuras para o local. Em geral, os resultados sugerem que a deposição de escória dentro da área da fábrica e a tentativa falhada de encapsulamento tem impedido o estabelecimento da vegetação, levando a uma mudança e simplificação da estrutura do habitat. Aliado ao efeito tóxico dos metais, a limitação do estabelecimento da vegetação resulta em baixos conteúdos de matéria orgânica no solo para servir de fonte de C e energia para os microrganismos e como proteção para a comunidade microbiana contra os altos níveis de metais no solo. Estas mudanças nas condições microclimáticas no solo e na quantidade de entrada de matéria orgânica causam impactos negativos na atividade microbiana e dos organismos do solo, consequentemente afetando os serviços do ecossistema e outros processos realizados por estes organismos. O encapsulamento adequado dos depósitos de escória, com o paralelo re-estabelecimento da cobertura vegetal, parecem ser essenciais para melhorar a condição ecológica do local. The present study was carried out in an abandoned lead smelter in Brazil, with the major goal of further contribute to the application of a tiered ecological risk assessment framework to tropical environments, and to evaluate the feasibility and usefulness of different assessment tools to be used in different tiers within a Triad approach. The results aimed at characterizing the ecological risk in one of the most metal contaminated areas in the world, in Santo Amaro (BA, Brazil), ranking sites in the study area, supplying information to indicate remediation measures and bringing an important contribution to support future decisions. This thesis aims at providing important information to help the regular use of the risk assessment process to support site restoration and reclamation decisions in Brazil, following the current trends in soil protection around the world. Chapter 2 presents the preliminary investigation, including the problem formulation phase and the collection of the scientific information available about the study area, that resulted in the conceptual model and the analysis plan for the risk assessment. A tiered approach is proposed integrating information from three lines of evidence (LoE): chemical, ecotoxicological and ecological. Aims and actions of each phase of risk assessment are established, in order to include the ecological and ecotoxicological perspectives missing in previews studies conducted in this area, focusing on the soil compartment. The analysis plan included two tiers using the triad approach: tier 1, the screening phase (Chapter 3), and tier 2, the detailed risk assessment (Chapter 7). At tier 1, chemical LoE indicated a high level of metal contamination in the study area caused by the smelting activities, showing high spatial heterogeneity originated not only by the uneven deposition of residues during smelting activities, but also by the current status of the (pseudo) rehabilitated residue piles. In the ecotoxicological LoE, avoidance tests on soil organisms indicated a higher risk at sites inside the smelter and with sandy soils than tests on eluates (V. fischeri luminescence and D. magna lethal), suggesting a high retention of metals on soils in most areas. Regarding the ecological LoE, soil respiration, bait lamina and vegetation cover revealed a concordant response, despite the lower sensitivity of this last parameter. Very high risk levels, associated with sandy soils and residue deposits inside the smelter area, suggest the need to proceed with remediation actions, while the uncertainties associated with the contradictory information given by certain LoE at certain sampling points showed the need to confirm potential risks in a tier 2 analysis (which information was collected in the following chapters). Chapter 4 presents the effects of the tested metal contaminated soils on the reproduction of Eisenia andrei, Enchytraeus crypticus and Folsomia candida, and a discussion about the different sensitivities of these species and about the performance of these standardized tests in tropical soils. Chapters 5 and 6 are dedicated to ecological parameters used within the ecological LoE. Chapter 5 presents the use of microbial soil-quality indicators to evaluate the ecological conditions and biological activity in the study area. Chapter 6 presents the application of ecological evaluations and in situ tests following known protocols, evaluating the ecological risk to ecosystem structure and functioning. Results of some microbial parameters showed that vegetation cover and plant species composition were correlated with some soil functions, such as nutrient cycling and organic material breakdown. The endpoints evaluated were vegetation structure, soil ground running invertebrates, decomposition of organic material and some microbial parameters. The ecological parameters indicated a clear distinction between sites inside and outside the smelter area, indicating an ecological risk to soil system even 17 years after the end of smelting activities. In Chapter 7 the integration of the parameters measured on chapters 4 to 6 is presented on calculating the risk values for each line of evidence and the integrated risk values in a tier 2 assessment. The high risk values in some points, confirming the risks pointed at tier 1, restrict the use of the area even to industrial activities, requiring sealed soils. In Chapter 8 a critical discussion of the results obtained and some words about the future perspectives for forthcoming studies on the site are presented. Results suggest that the deposit of highly contaminated tailings within the area and the failed attempt to encapsulate them have impaired the proper establishment of the vegetation, leading to change and simplification of the habitat structure. Allied to direct toxic effect of metals, the limitation of plant reestablishment resulted in low amounts of organic matter inputs into the soil to act as source of C and energy for microbial growth and for acting as protection for microbial community against high levels of heavy-metals in soil. These changes in the microclimatic conditions at the ground level, and in the amount and quality of the potential of organic matter inputs, caused negative impacts on microbial activity and on soil organisms, consequently affecting the ecosystem services and underlying processes carried out by them. The suitable encapsulation of the tailing deposits, with the concomitant re-establishment of a vegetation cover, seems to be essential to improve the ecological conditions at this site. O trabalho científico desta dissertação foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia sob a forma de bolsa de investigação (referência: SFRH/BD/28796/2006), co-financiada pelo Fundo Social Europeu no âmbito do Programa Operacional Potencial Humano do Quadro de Referência Estratégica Nacional
- Published
- 2013