The response of benthic foraminifera to pollution and environmental stress in Ria de Aveiro (N Portugal)

Abstract

This work evaluates the quality of the sediment in Ria de Aveiro, a coastal lagoon located at N of Portugal that is under strong anthropic influence, and the effects of the contamination on benthic foraminifera. The initial approach for measuring pollution was done through the load pollution index (LPI), based on As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn concentrations, and determined by total digestion of the sediments (TDS). This information was complemented by conducting a metal fractionation technique (sequential chemical extraction - SCE) in some of the most contaminated samples in order to define the relevance of different metal bearing- phases (exchangeable cations adsorbed by clay and co-precipitated with carbonates, absorbed by organic matter and retained in the mineralogical phase) and to evaluate the toxic heavy metal availability. Multivariable statistical analyses were carried out taking into consideration the geochemical results, as well as the biotic (percentage of species/groups of species; foraminifer abundance and diversity) and abiotic variables, such as sediment content in mud, total organic carbon (TOC) and Eh. SCE results show that most of the element concentration in the sediments is retained in the resistant mineralogical phase. How - ever, the higher bioavailability of some toxic elements, such as As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb and Zn, found in Laranjo Bay, Aveiro City, Aveiro Harbours and Espinheiro Channel, have a generic negative impact on benthic foraminifera of the Aveiro lagoon. Differential sensitivity of benthic foraminifera to high concentrations of heavy metals may exist. Quinqueloculina seminulum, for instance, seems to be more tolerant to higher bioavailable concentrations of Pb and Cu than Ammonia tepida or Haynesina germanica. Both species were previously considered to be the most heavy metal-tolerant foraminifer species. This study confirmed the use of benthic foraminifera as an important tool for the evaluation of the environmental quality of an ecosystem and for monitoring and restoring it.

Este trabajo evalúa la calidad de los sedimentos en la Ría de Aveiro, una laguna costera situada en el N de Portugal, bajo la in - fluencia antrópica fuerte, y los efectos de la contaminación en los foraminíferos bentónicos. El planteamiento inicial para la medi - ción de la contaminación se realiza a través del índice de carga de contaminación (LPI) con base en concentraciones de As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn, determinadas por la digestión total de los sedimentos (TDS). Esta información se complementó con una técnica de fraccionamiento de metal (extracción química secuencial - SCE) en algunas de las muestras más contaminadas, con el fin de definir la relevancia de los distintos metales y de las fases (cationes intercambiables adsorbidos por la arcilla y el precipitado con carbonatos, absorbida por materia orgánica y retenido en la fase mineralógica) y para evaluar la disponibilidad de metales pesados tóxicos. Multivariado análisis estadísticos se llevaron a cabo teniendo en cuenta los resultados geoquímicos y también las variables bióticas (porcentaje de especies/grupos de especies, abundancia de foraminíferos y la diversidad) y otras variables abióticas, como el contenido de los sedimentos en barro, el carbono orgánico total (COT) y el Eh . Los resultados de SCE muestran que la mayor parte de las concentraciones de los elementos en los sedimentos se retiene en la fase mineralógica resistente. Sin embargo biodisponibilidad superior de algunos elementos tóxicos, tales como As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb y Zn, que se encuentra en lo Largo do Laranjo, en la ciudad de Aveiro, en el puertos de Aveiro and en el Canal de Espinheiro, tienen un impacto negativo genérico en el foraminíferos bentónicos de la laguna de Aveiro. Sin embargo, la sensibilidad diferencial de los foraminíferos bentónicos a altas concentraciones de metales pesados puede existir. Quinqueloculina seminulum , por ejemplo, parece ser más tolerante a las altas concentraciones biodisponibles de Pb y Cu, de que Ammonia tepida o Haynesina germanica . Antes se consideraban que ambas especies eran los foraminíferos más tolerantes a la contaminación por metales pesados. Este estudio confirmó el uso de los foraminíferos bentónicos como una importante herramienta para la evaluación de la calidad ambiental de los ecosistemas y también para el seguimiento y la restauración.