Partition, accumulation and speciation of mercury in salt marshes

Abstract

Com o trabalho desenvolvido nesta tese pretende-se contribuir para um melhor conhecimento do ciclo do mercúrio em sapais; como tal diversos aspectos relacionados com o ciclo biogeoquímico do mercúrio neste tipo de ecossistemas foram abordados, nomeadamente: o impacto que as descargas de mercúrio tiveram nos sapais da baía do Largo do Laranjo bem como o processo de recuperação do sapal (temporal e espacial) pela análise da diversidade do numero de espécies das plantas de sapal e das concentrações de mercúrio no sedimento ao longo do anos; a mobilidade do mercúrio em sedimentos de sapal colonizados pela espécie Halimione portulacoides, a sua distribuição nas camadas de sedimento e a sua incorporação na biomassa subterrânea da planta bem como a potencial exportação de mercúrio do sapal para as áreas adjacentes; o papel das plantas de sapal na conversão de espécies inorgânicas de mercúrio em espécies orgânicas; os processos bioquímicos por detrás do mecanismo de tolerância ao mercúrio da H. portulacoides; avaliação do potencial de uma planta de sapal muito difundida ao longo da costa Portuguesa como biomonitor da contaminação de mercúrio em sedimentos de sapal. A análise dos resultados revelou que as descargas de mercúrio nos sapais da baía do Largo do Laranjo ocorridas no passado induziram uma diminuição na diversidade florística, conduzindo-o a um estado alternativo com a predominância de apenas uma espécie, nos anos de maiores descargas. Após o fim das descargas podemos concluir com base na diversidade do sapal que o sistema demonstra histerese na sua recuperação vindo a recuperar lentamente a sua diversidade florística ao longo dos anos. Em ralação à mobilidade o mercúrio em sedimentos de sapal verificou-se que as taxas de turnover da biomassa subterrânea eram mais elevadas do que as que da biomassa aérea indicando uma maior mobilidade do mercúrio na rizosfera. Tendo em conta o pool de mercúrio encontrado na biomassa aéra verificou-se que a exportação de macro detritos da planta não é significativa para o balanço de mercúrio. Os estudos de especiação de mercúrio realizados nos sedimentos e na biomassa demonstraram que nenhuma outra espécie de mercúrio orgânico foi encontrada para além do MeHg. As concentrações de MeHg nos sedimentos colonizados revelaram-se mais elevadas no entanto as percentagens relativamente aos valores de mercúrio total são baixas. Os resultados sugerem que as plantas de sapal contribuem para a metilação de mercúrio. Os mecanismos de tolerância da H. portulacoides ao mercúrio envolvem essencialmente a sua imobilização nas paredes celulares, contudo o sequestro de mercúrio intracelularmente por fitoquelatinas foi demonstrado neste trabalho. Finalmente demonstrou-se que para além da H. portulacoides ser um bom bioindicador pode também ser usada com um biomonitor da contaminação de mercúrio em sedimentos de sapal.

This thesis intends to contribute to the better understand of mercury cycling in salt marsh ecosystems and thus several aspects regarding mercury biogeochemical cycle in salt marshes are discussed, namely the impact of mercury discharges and the recovery processes (temporally and spatially) by the examination of the richness of the species of salt marsh plants and mercury concentrations in sediments over the years; the mobility of mercury in a salt marsh colonised by the species H. and its redistribution in the sediment layers containing plants and subsequently incorporation into below ground biomass, as well the potential export of mercury from the salt marsh to the adjacent areas; the potential role of salt marsh plants on the conversion of inorganic mercury into organic mercury species; the biochemical processes behind mercury tolerance in a salt marsh plant species; the evaluation of the potential role of a well wide distribute salt marsh plant (H. portulacoides) along the Portuguese coast as biomonitor of mercury contamination. The results showed that salt marshes of Laranjo bay shows how a considerable loading of mercury into a salt marsh for four decades has affected its resistance, inducing a change from salt marsh plants species richness into an alternative state dominated by one species. Ten years after the cessation of the loading of mercury and based on the salt marsh plants species richness, the system still shows an incomplete resilience due to the lag in recovery, named hysteresis. With respect to the mercury mobility in the salt marsh sediments, the results shows that the turnover rates for below ground biomass were higher than those observed for above ground biomass, corresponding to higher mercury mobility within H. portulacoides rhizosphere. Taking into account the pool of mercury in above ground biomass, the export of mercury by macro-detritus is not significant for the mercury balance in the studied system. Regarding the mercury speciation studies, no other organic mercury species rather than MeHg were found. MeHg concentrations in the vegetated sediments were higher than in non-vegetated sediments and although the percentages in the sediments were low, comparatively to the total mercury the results suggest that salt marsh plants contribute to methylation in sediments. Mercury tolerance strategies of H. portulacoides seem to involve root cell wall immobilization as a major mechanism of metal resistance, rather than metal chelation in the cytosolic fraction. Intracellular mercury sequestration by PCs in the environment was also demonstrated in this work;however mercury chelation in environmental exposures seems to be a complexed, involving the formation of different types of complexes Finally it was demonstrated that that besides H. portulacoides can be a suitable bioindicator, can also be used as a biomonitor for mercury pollution. Leaves responded following a positive linear model for a contamination range, while roots responded within the sigmoidal model. H. portulacoides may be considered an appealing tool for mercury pollution assessment in salt marshes.