Climate changes: effects of secondary salinisation in freshwater organisms

Abstract

As global climate patterns change, so will freshwater availability. Specially, salinisation of freshwater costal ecosystem is a major point of concern; either by surface flooding or by groundwater intrusions of seawater. This may be potentiated by the decrease of freshwater availability provoked by longer drought periods, evaporation, and increased freshwater extraction (for example for agriculture and other human uses). According, the present work aimed at evaluating how freshwater organisms responded to an increase in salinity. To achieve this main objective two specific goals were delineated: (i) to compare the toxicity of seawater with a surrogate (NaCl), commonly used in laboratory toxicity assays, to two standard freshwater species, and (ii) to assess if an association exist between resistance to chemical contamination and to increased salinity; since many populations, predicted to experience future increased salinity, are presently exposed to chemical contamination. To accomplish the first objective the sensitivity of the green algae Pseudokirchneriella subcapitata (Korshikov) F. Hindák and of the cladoceran Daphnia magna Straus to NaCl and to natural seawater was evaluated. Growth rate for P. subcapitata, and mortality, time to release the first brood, body size, total reproduction, and intrinsic rate of natural increase for D. magna, were monitored after exposing these species to two series of solutions with an increasing gradient of salinity. One series of solutions was established with a natural seawater sample and the other with NaCl dissolved artificial media. To address the second objective, four cloned lineages of Daphnia longispina O.F. Müller, exhibiting different sensitivities to lethal levels of copper, were exposed to a gradient of lethal and sublethal levels of salinity, established with the salt NaCl. The same endpoins described for D. magna were also monitored for D. longispina. The obtained results showed that NaCl exerted a higher toxicity to P. subcapitata (LOEC of 5.9mS/cm and 9.6mS/cm, respectively for NaCl and seawater) and to D. magna (LC50,48h of 9.88mS/cm and 11.32mS/cm; and EC50 for total reproduction of 8.9mS/cm and 10.4mS/cm, respectively for NaCl and seawater) than the natural seawater. These data suggest that the use of NaCl as a surrogate for seawater to predict, in laboratory, the effects of seawater intrusion in freshwater is a protective approach as it simulates a “Worst Case Scenario” of exposure. An association between resistance to copper and to NaCl was not observed for the tested cloned lineages of D. longispina (r < 0.92 and p > 0.08), though the two clonal lineages most resistant to copper also exhibited the highest sensitivity to sublethal levels of NaCl (determined as the EC20 for total reproduction). Finally, obtained data demonstrated that D. longispina was more sensitive to increased salinity (LC50,48h of 2.85g/L to 2.48g/L or, conductivity values of LC50,48h of 5.50mS/cm to LC50,48h= 4.57mS/cm which correspond respectively to the highest and lowest recorded values in these assays) than the standard species (D. magna), highlighting the importance of using autochthonous species for the ecological risk assessment of secondary salinisation.

À medida que os padrões climáticos se alteram também a disponibilidade de água doce se irá alterar. Como tal, a salinização de ecossistemas costeiros, principalmente os dulçaquicolas, torna-se um ponto de preocupação fundamental. Quer devido ao aumento de intrusões de água do mar por inundação ou por intrusões salinas através dos lençóis freáticos, quer devido à diminuição de entrada de água doce, provocada por períodos mais prolongados de seca, evaporação e aumento do uso de água para actividades antropogénicas. De acordo com o exposto, o presente trabalho pretendeu avaliar as respostas de organismos dulçaquicolas a alterações provocadas pelo aumento de salinidade. Para atingir este objectivo principal foram delineados dois objectivos específicos: (i) comparar a toxicidade de água do mar com a do sal NaCl, comummente usado em laboratório como substituto de água do mar e (ii) averiguar uma possível correlação entre a resistência a contaminação química (cobre) e a aumento de salinidade; uma vez que muitas das populações que se prevê virem a ser afectadas por salinização estão, presentemente, já expostas a contaminação química. Para abordar o primeiro objectivo, a alga verde Pseudokirchneriella subcapitata (Korshikov) F. Hindák e o cladócero Daphnia magna Straus foram expostos a dois gradientes crescentes de salinidade estabelecidos com água do mar natural e com NaCl dissolvido num meio artificial.. No ensaio com a alga verde unicelular foi avaliada a inibição do crescimento; no ensaio com D. magna foram avaliados os seguintes parâmetros: mortalidade, tempo decorrido até libertar a primeira ninhada, comprimento corporal, reprodução total, taxa de crescimento intrínseco. Para atingir o segundo objectivo, foram seleccionadas quatro linhagens do cladócero Daphnia longispina O.F Müller com sensibilidades diferentes a níveis letais de cobre. As quatro linhagens foram expostas a um gradiente de concentrações, letais e sub-letais, de NaCl. Neste ensaio foram analisados os mesmo parâmetros descritos anteriormente para o ensaio com D. magna. Os resultados demonstram que o sal NaCl apresentou maior toxicidade do que a água do mar natural, quer para P. subcapitata (LOEC de 5.9mS/cm e de 9.6mS/cm, respectivamente para NaCl e água do mar), quer para D. magna (LC50,48h de 9.88mS/cm e LC50,48h= 11.32mS/cm; e EC50, para reprodução total, de 8.9mS/cm e 10.4mS/cm, respectivamente para NaCl e água do mar). Estes dados sugerem que o uso de NaCl, em laboratório, como um substituto de água do mar deve ser considerado como uma abordagem protectora, uma vez que simula um cenário de maior toxicidade. Não foi observada uma associação significativa entre maior resistência a cobre e a NaCl nas linhagens de D. longispina testadas (r < 0.92 and p ≥ 0.08), apesar de as duas linhagens mais resistentes a cobre apresentarem as maiores sensibilidades a níveis subletais (para reprodução total) de NaCl. Finalmente, os dados obtidos demonstram que D. longispina é mais sensível ao aumento de salinidade (o intervalo de valores de LC50,48h calculados foi de 2.85g/l a 2.48g/l de NaCl, correspondente a valores de conductividade de 5.50mS/cm e 4.57mS/cm, respectivamente) que a espécie padrão (D. magna), salientando a importância do uso de espécies autóctones na avaliação de risco ecológico em situações de intrusões salinas.