Ecological risk assessment of a tropical metal contaminated area: the case study of Santo Amaro, Bahia, Brazil

Tese de doutoramento em Biologia, na especialidade de Ecologia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraO 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 Naciona

Papel da fauna do solo na decomposição da serapilheira em povoamentos de pinus sob bioma Mata Atlântica

Litter production and its decomposition play an important role in the terrestrial carbon cycle and soil quality, being a crucial process involved in ecosystem productivity and functioning. Understanding this process under pine commercial stands or pine invasions is crucial to design forest management or ecosystems restoration. We conducted a study in a commercial pine plantation (Pinus taeda L.) under Atlantic Forest biome to investigate (1) the contribution of soil fauna to pine litter mass loss; (2) the litter fauna feeding activity within seasons. Litter bags with pine needles (5 g dry weight) were prepared as exclusion treatments for different sized soil fauna by varying mesh size (2 mm and 0.06 mm). Litter bags were removed after 60, 120, 180, 240, 300, and 365 days to estimate the decomposition rates. Bait lamina sticks were exposed seasonally and horizontally in soil surface to determine the fauna feeding activity on litter. We found: (1) no differences in litter mass loss and decomposition rate when soil macrofauna and most of the mesofauna were excluded; (2) feeding activity of litter organisms was higher in the summer, probably stimulated by a combination of high temperature and rainfall. In commercial pine stands, we can conclude that the nutrient cycling is slower than in natural areas, related to litter traits, as described in the scientific literature. Our results indicated that soil macro and mesofauna play a low role in the pine litter decomposition, where the organic material decomposition is more related to microorganism’s activity.A produção de serapilheira e sua decomposição desempenham um papel importante no ciclo do carbono terrestre e na qualidade do solo, sendo um processo crucial envolvido na produtividade e funcionamento do ecossistema. Compreender esse processo em áreas comerciais de pinus ou invasões de pinus é crucial para projetar o manejo florestal ou a restauração de ecossistemas. Conduzimos um estudo em uma plantação comercial de pinus (Pinus taeda L.) no bioma da Mata Atlântica para investigar (1) a contribuição da fauna do solo para a perda de massa da serapilheira; (2) a atividade alimentar da fauna edáfica na serapilheira dentro das estações do ano. As bolsas de decomposição com acículas de pinus (5 g, peso seco) foram preparadas como tratamentos de exclusão para a fauna do solo de diferentes tamanhos, variando o tamanho da malha (2 mm e 0,06 mm). As bolsas de decomposição foram removidas após 60, 120, 180, 240, 300 e 365 dias para estimar as taxas de decomposição. Bait laminas foram expostos sazonalmente e horizontalmente na superfície do solo para determinar a atividade de alimentação da fauna na serapilheira. Encontramos: (1) nenhuma diferença na perda de massa da serapilheira e na taxa de decomposição quando a macrofauna do solo e a maior parte da mesofauna foram excluídas; (2) a atividade alimentar dos organismos da serapilheira foi maior no verão, provavelmente estimulada por uma combinação de alta temperatura e umidade. Em plantios comerciais de pinus, podemos concluir que a ciclagem de nutrientes é mais lenta do que em áreas naturais, o que está relacionado às características das acículas, descritas na literatura. Nossos resultados indicaram que a macro e a mesofauna do solo desempenham um papel menor na decomposição da serapilheira em plantios comerciais de pinus, indicando que o processo de decomposição em tais povoamentos está mais relacionada à atividade dos microrganismos

INFLUENCE OF ACICULAS DEPOSITION ON NATURAL REGENERATION IN SUB-WOODS OF Pinus taeda L. FOREST STAND

This study was conducted in a commercial forest stand of Pinus taeda L. located in Curitibanos, in the State of Santa Catarina, Brazil. The objective of this study was to evaluate the influence of the physical barrier caused by the deposition of aciculas, on natural regeneration mechanisms of native species in sub-woods of P. taeda L. forest stand. Three plots (10 x 10 m) were installed in the sub-woods of the forest stand, and the natural regeneration was evaluated in the control (presence of aciculas) and clean (absence of aciculas) subplots, in addition to the seeds rain and soil seeds bank. The density and frequency parameters (absolute and relative) and the Shannon-Weaver Index (H’) were calculated, and the total density values of the seeds rain and seeds bank were subjected to ANOVA (p<0.05), while the density of regenerative seedlings was subjected to Student’s t Test (p<0.05), using the Software R Studio ®. The density of regenerative seedlings (ind.m-2) was higher in clean subplots, statistically. No significant statistical difference was observed for the density parameter (ind.m-2) among the subplots for the soil seeds bank, but only for the seeds rain. Shannon Diversity Index was higher in the plots closer to the fragment in all evaluated mechanisms. The obtained results indicate that the litter layer acts as a physical barrier to the breeding of the seeds bank and prevents the arrival of the seeds rain propagules directly to the soil, hindering the establishment of native plants and, consequently, the natural regeneration in the sub-woods. 

Testes de comportamento de fuga para avaliar os efeitos da aplicação de chorume de bovino e lodo de indústria láctea no solo

The application of organic wastes to agricultural soils is not risk-free and can affect soil invertebrates. Ecotoxicological tests based on the behavioral avoidance of earthworms and springtails were performed to evaluate effects of different fertilization strategies on soil quality and habitat function for soil organisms. These tests were performed in soils treated with: i) slurry and chemical fertilizers, according to the conventional fertilization management of the region, ii) conventional fertilization + sludge and iii) unfertilized reference soil. Both fertilization strategies contributed to soil acidity mitigation and caused no increase in soil heavy metal content. Avoidance test results showed no negative effects of these strategies on soil organisms, compared with the reference soil. However, results of the two fertilization managements differed: Springtails did not avoid soils fertilized with dairy sludge in any of the tested combinations. Earthworms avoided soils treated with sludge as of May 2004 (DS1), when compared with conventional fertilization. Possibly, the behavioral avoidance of earthworms is more sensitive to soil properties (other than texture, organic matter and heavy metal content) than springtailsA aplicação de resíduos orgânicos em solos agrícolas não está isenta de riscos e pode afetar os invertebrados do solo. Foram realizados testes ecotoxicológicos de comportamento de fuga usando minhocas e colêmbolos para avaliar os efeitos de diferentes estratégias de fertilização na qualidade do solo e na sua função de habitat. Esses testes foram realizados em solos que receberam: chorume e fertilizantes químicos – a estratégia de fertilização convencional na região; lodo adicionado à estratégia convencional; e solo-referência, não fertilizado. Ambas as estratégias de fertilização contribuíram para mitigar a acidez do solo e não contribuíram para aumento do teor em metais pesados do solo. Os resultados dos testes de fuga não mostraram efeitos negativos dessas estratégias nos organismos do solo, quando se comparam com os do solo-referência. Contudo, quando as duas estratégias de fertilização foram comparadas entre si, obtiveram-se resultados diferentes. Os colêmbolos não evitaram os solos fertilizados com lodo em nenhuma das combinações testadas. No entanto, as minhocas evitaram os solos que receberam lodo desde maio de 2004 (DS1). Possivelmente, o comportamento de fuga das minhocas é mais sensível às características do solo (que não a textura, a matéria orgânica e o teor de metais pesados) do que o dos colêmbolos.This study was supported by Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portugal), through a PhD grant to Mariana Matos-Moreira (SFRH/BD18486/ 2004) and to Júlia Niemeyer (SFRH/BD/28796/2006)S

Caracterização e avaliação preliminar da ecotoxicidade de resíduo de indústrias de papelão

Paper and paperboard industry generate solid waste that demands correct treatment or disposal. The objective of this work was to characterize the solid waste of two paperboard industries located in Santa Catarina and to assess its ecotoxicity. The characterization involved the determination of moisture, ashes, and cellulose content. Ecotoxicity tests included avoidance behavior tests with earthworms (Eisenia andrei), reproduction tests with collembolans (Folsomia candida), and a test of germination and growth of roots of lettuce (Lactuca sativa). Results of the ecotoxicity tests were assessed using ANOVA followed by tests of Tukey and Dunnett and Fisher exact test (p&lt;0.05). Wastes 1 and 2 presented moisture of 87.23 and 60.80%, ashes 11.18 and 55.12%, and cellulose 59.34 and 66.78%, respectively. Avoidance and reproduction tests did not indicate ecotoxicity for earthworms and collembolans when compared to the soil from pinus plantation. Concerning lettuce root growth, Waste 1 showed toxicity for the concentrations of 100, 75, and 50% of its elutriate. The results indicated that the wastes have chemical, physical, and ecotoxicological characteristics that may be restrictive for their application on agricultural soils.A indústria de papel e papelão é geradora de resíduos sólidos que demandam correto tratamento e disposição. O trabalho teve por objetivo caracterizar a composição de resíduos de duas empresas de papelão de Santa Catarina e avaliar sua ecotoxicidade. A caracterização foi feita com a determinação da umidade, cinzas e celulose. A ecotoxicidade foi avaliada com ensaios de fuga com minhocas (Eisenia andrei), ensaios de reprodução com colêmbolos (Folsomia candida) e com um teste de germinação e crescimento de raízes de alface (Lactuca sativa). Para as avaliações dos ensaios de toxicidade utilizou-se a ANOVA seguida dos testes de Tukey e/ou Dunnet e o teste exato de Fisher todos à p&lt;0,05. Os Resíduos 1 e 2 apresentaram umidade de 87,23 e 60,80%, cinzas 11,18 e 55,12% e celulose 59,34 e 66,78%, respectivamente. Os ensaios de fuga e de reprodução não indicaram ecotoxicidade dos resíduos estudados para minhocas e colêmbolos quando comparados ao solo de plantio de pinus. Em relação ao crescimento de raízes, o Resíduo 1 apresentou toxicidade para as concentrações de 100, 75 e 50% do seu elutriato. Os resultados indicaram que os resíduos possuem características químicas, físicas e ecotoxicológicas que podem ser restritivas quanto a sua aplicação em solos agrícolas

AVALIAÇÃO DA TOXICIDADE DO SOLO EM CULTURAS OLERÍCOLAS DE BASES ECOLÓGICAS E CONVENCIONAIS, MUNICÍPIO DE SANTA CRUZ DO SUL, RS, BRASIL, ATRAVÉS DE ENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS

A horticultura faz uso extensivo de recursos naturais, solo e água, e também adiciona grandes quantidades de fertilizantes, produtos químicos e/ou orgânicos, e pesticidas no meio ambiente. Esta condição caracteriza o agricultor "convencional" da Associação de Agricultores Santa Cruzenses no Município de Santa Cruz do Sul, RS. Outra abordagem de produção, no entanto, caracteriza os produtores da Cooperativa Regional dos Agricultores Ecologistas, também no Município de Santa Cruz do Sul, usando o sistema de cultivo de "bases ecológicas." Neste contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a condição de toxicidade do solo em diferentes culturas olerícolas no Município de Santa Cruz do Sul, comparando o sistema convencional com o sistema de bases ecológicas, através de testes ecotoxicológicos utilizando Eisenia fetida (Annelideo) como organismo-teste. Assim, de fevereiro a dezembro de 2010, foram realizadas sete coletas de amostras de solo em propriedades convencionais e ecológicas, em áreas suspeitas de contaminação, a uma profundidade de 0 a 10 cm e levadas ao Laboratório de Ecotoxicologia da Universidade de Santa Cruz do Sul, RS, para a realização dos ensaios. Os organismos foram expostos a amostras para determinar a mortalidade após 7 e 14 dias. Os resultados foram expressos de forma qualitativa, tóxicos ou não tóxicos, de acordo com a metodologia descrita na norma ABNT NBR 15537, ISO 11268-1 e 207 da OCDE. Amostras coletadas nas propriedades ecológicas não apresentaram toxicidade. No entanto, das sete amostras coletadas de fazendas convencionais, duas mostraram toxicidade em fevereiro e agosto de 2010, ocorrendo 100% e 20% de mortalidade, respectivamente. Na primeira coleta, a mortalidade foi provavelmente causada pela sinergia dos pesticidas utilizados na cultura da alface, destacando o Mancozeb, metalaxil-M, Iprodiona e deltametrina. A mortalidade que ocorreu na segunda coleta foi atribuída ao uso de Abamectina, enfatizando que, assim como a mortalidade de organismos, os indivíduos sobreviventes tinha baixa mobilidade e alterações morfológicas. Os resultados mostraram que o uso de agrotóxicos em propriedades convencionais causam a contaminação do solo diminuindo a sua qualidade ambiental. A ausência de mortalidade de organismos em amostras das propriedades ecológicas revela que este sistema não causa toxicidade para os organismos-teste, sendo recomendado como ambientalmente correta para essa atividade agrícola