Impact of wildfire ashes on aquatic systems: diatoms

Abstract

Forest fires are a major environmental problem in countries of southern – Europe, being a recurrent phenomenon, with distant impacts. One of them is their role on the production, mobilization and distribution of contaminants, in particular metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Both of them are contaminants of major concern, due to their high environmental persistence, toxicity and tendency to bioaccumulate and biomagnify. Wildfires also have the ability to increase runoff and the consequent transport of sediments and ash with PAHs and metals attached can end up in downstream aquatic habitats. Therefore, the input of surface runoff with different contaminants, could culminate in toxic effects on aquatic species, amidst diatoms. Since these microalgae are a good ecological indicator, ecotoxicological tests were performed on Nitzschia palea (NPAL) and Achnanthidium minutissimum (ADMI) with two aqueous extracts of ash (AEA) made with ashes of low and high severity (LS and HS), from wildfires of low/moderate severity (fist campaign in november), and high severity (second campaign in march), respectively. Whereas diatoms react to the surrounding environment, they responded differently to the different AEA. A significant increment on the growth in the toxicity tests of both species was observed in high severity AEA, while in the LS the opposite occurred, with NPAL presenting an EC50 of 104.98% and ADMI, the most sensitive presented an EC50 of 84.78%. The differences in AEA toxicity may be due to differences in its chemistry. The two species demonstrated similar responses in every concentration in both AEA concerning abnormal cell wall (around 50% of teratological valves). Teratologies also occurred in diatom communities of river Pequeno mainly in Karayevia oblongella (KOBG), more abundant in the first campaign and in Achnanthidium minutissimum (ADMI) more abundant in the second. This may be due to the different sampling season (autumn and spring respectively). All in all, the present study highlights the potential impacts of wildfires on water bodies, compromising the chemical and ecological conditions. In addition, it demonstrates that further research should be done in order to better understand and evaluate the real impact of forest fires in the ecosystems.

Os incêndios florestais constituem um grande problema ambiental em países do sul da Europa, sendo um fenómeno recorrente e com diversos impactos. Um deles é o seu papel na produção, mobilização e distribuição de contaminantes, em particular metais e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). Ambos são contaminantes de grande preocupação, elevada persistência ambiental, toxicidade e tendência a bioacumular e biomagnificar. Os incêndios florestais também têm a capacidade de aumentar a escorrência superficial, sendo que o consequente transporte de sedimentos e cinzas com PAHs e metais fixados pode acabar em habitats aquáticos. Desta forma, o input de escorrência superficial com diferentes contaminantes pode culminar em efeitos tóxicos em espécies aquáticas, entre as quais diatomáceas. Tendo em conta que estas microalgas são um bom indicador ecológico, testes ecotoxicológicos foram feitos em Nitzschia palea (NPAL) e Achnanthidium minutissimum (ADMI) com dois extratos aquosos de cinzas (AEA), feitos com cinzas de baixa e alta severidade (LS e HS), derivadas de incêndios de baixa/média severidade (primeira campanha, em novembro) e alta severidade (segunda campanha, em março), respetivamente. Considerando que as diatomáceas reagem ao ambiente envolvente, foi observada uma resposta diferente aos dois AEA. Um aumento significativo do crescimento foi observado nos testes de toxicidade das duas espécies em AEA de alta severidade, enquanto em LS ocorreu o oposto, com NPAL a apresentar um EC50 de 104,98% e ADMI, mais sensível a apresentar um EC50 de 84,78%. As diferenças na toxicidade dos AEA podem ser devidas a diferenças na sua química. Ambas as espécies demonstraram respostas similares em todas as concentrações em ambos os AEA considerando anomalias da frústula (cerca de 50% de valvas teratológicas). As teratologias também ocorreram nas comunidades de diatomáceas do rio Pequeno nomeadamente em Karayevia oblongella (KOBG), mais abundante na primeira campanha e Achnanthidium minutissimum (ADMI) que foi mais abundante na segunda. Este resultado pode ser derivado dos diferentes momentos de amostragem (Outono e Primavera, respetivamente). Resumindo, o presente estudo demonstra os potenciais impactos de incêndios florestais em meios lóticos, comprometendo as condições químicas e ecológicas. Em adição demonstra que futuras pesquisas devem ser feitas, com o intuito de compreender melhor e avaliar os impactos reais dos incêndios florestais nos ecossistemas.