Lichen biodiversity and biomonitoring of atmospheric pollution

Abstract

Esta tese debruça-se sobre a biodiversidade de líquenes epífitos de pinhais dunares portugueses e sobre uso de líquenes como biomonitores de poluição atmosférica nesse habitat. A Mata Nacional das Dunas de Quiaios (Figueira da Foz) foi o ponto de partida dos estudos de biodiversidade efetuados nesta tese, mas alguns deles estenderam-se à maior parte da costa portuguesa. Como resultado, encontrou-se uma espécie nova para a ciência, Lecanora sorediomarginata Rodrigues, Terrón & Elix, epifítica sobre Pinus pinaster Aiton e P. pinea L, que se encontra distribuída na maior parte da costa. Esta espécie caracteriza-se morfologicamente por um talo crustáceo, de cor esbranquiçada a acinzentada ou esverdeada e que desenvolve sorálios a partir de pequenas verrugas marginais. Quimicamente caracteriza-se pela presença dos ácidos 3,5-dicloro-2'-O-metilnorestenospórico [maior], 3,5-dicloro-2􀀁-O-metilanziaico [menor], 3,5-dicloro-2􀀁-O-metilnordivaricático [menor], 5-cloro-2'-Ometilanziaico [traço] e úsnico [traço]; atranorina [menor] e cloroatranorina [menor]. É quimicamente semelhante a L. lividocinerea Bagl., com a qual apresenta afinidades filogenéticas com base na análise da sequência ITS do rDNA, e a L. sulphurella Hepp. Adicionalmente, espécies Chrysothrix flavovirens Tønsberg e Ochrolechia arborea (Kreyer) Almb, também se encontraram epifíticas sobre P. pinaster e P. pinea em vários pinhais ao longo da costa, representando novos registos para a flora liquénica portuguesa, bem como a espécie Lepraria elobata Tønsberg encontrada epifítica sobre P. pinaster apenas nas Dunas de Quiaios. Além disso, as espécies Hypotrachyna lividescens (Kurok.) Hale e H. pseudosinuosa (Asahina) Hale encontraram-se epifíticas sobre P. pinaster e outros forófitos nas Dunas de Quiaios, constituindo novos registos para a flora liquénica da Península Ibérica. Estes resultados põe em evidência a importância dos pinhais dunares como habitat para líquenes epífitos. Num estudo conduzido entre janeiro e julho de 2008 num pinhal dunar (Mata do Urso, Figueira da Foz), em cuja bordadura existe uma fábrica de celulose de papel, usaram-se transplantes de líquenes da espécie Flavoparmelia caperata (L.) Hale para avaliar a acumulação de trinta e três elementos putativamente emitidos por fábricas de papel e pasta de papel. A cinética da fluorescência da clorofila a foi estudada nos líquenes transplantados, através da análise dos parâmetros Fv/Fm, F0, Fm, qP, NPQ, 􀀁PSII, e 􀀁Exc, de forma a avaliar os efeitos decorrentes da acumulação de elementos na vitalidade dos líquenes. Pretendeu-se avaliar se a acumulação de elementos e a cinética da fluorescência da clorofila a variavam significativamente com o local e o tempo de exposição, tendo em consideração os resultados obtidos de transplantes colocados num local de referência (Dunas de Quiaios) durante o mesmo período de tempo. (Continua no verso) resumo A maior parte dos elementos — Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, S, Sb, Sc, Sr, Ti e V — ocorreu em concentrações significativamente mais elevadas nos transplantes expostos a 500 m da fábrica. Cerca de metade dos elementos estudados — B, Ba, Cr, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, Na, P, Pb, S, Sb e V — encontraram-se em concentrações significativamente mais elevadas nos transplantes expostos durante 180 dias. O solo foi identificado como uma fonte parcial da maior parte dos elementos. Os parâmetros Fv/Fm, Fm, 􀀁PSII e 􀀁Exc variaram significativamente com o local e/ou com o tempo de exposição. Observou-se um decréscimo significativo nos parâmetros Fv/Fm e Fm nos transplantes expostos a 500 e 1000 da fábrica, e também naqueles expostos durante 135 e 180 dias. Observou-se também um decréscimo significativo nos parâmetros 􀀁PSII e 􀀁Exc expostos durante 180 dias. Estes parâmetros correlacionaram-se de forma negativa e significativa com a acumulação de elementos: Fv/Fm: B, Ba, Co, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, N, P, S, Sb e Zn; Fm: Ba, Co, Hg, Mn, Mo, N, P, S, Sb e Zn; 􀀁PSII: N e P; 􀀁Exc: Mn, N, P e S. Estudos acerca da diversidade liquénica efetuados nos mesmos locais onde os transplantes foram colocados no local impactado, revelaram um menor valor de diversidade liquénica a 500 m da fábrica, que foi também o único local onde se encontraram espécies nitrófilas, o que se poderá dever à deposição de amónia e/ou poeiras. À semelhança de outros estudos, este trabalho confirma que os líquenes podem ser usados com sucesso em estudos de biomonitorização, mesmo em locais florestados. Além disso, traz também informações adicionais sobre como a acumulação de elementos pode influenciar a cinética da fluorescência da clorofila a em líquenes.

This thesis focuses on the biodiversity of epiphytic lichens of Portuguese pine forests on sand dunes, and on the use of lichens as biomonitors of atmospheric pollution in this habitat. Mata Nacional das Dunas de Quiaios (Figueira da Foz) was the starting location of the biodiversity studies undertaken during this thesis, but some were extended to most of the Portuguese coast. As a result a new species to science, Lecanora sorediomarginata Rodrigues, Terrón & Elix was discovered epiphytic on Pinus pinaster Aiton and P. pinea L, in most of the coast. It is characterised morphologically by a crustose whitish-grey to greenish thallus developing soralia from small, marginal warts and chemically by the presence of 3,5-dichloro-2'-O-methylnorstenosporic acid [major], 3,5-dichloro- 2􀀂-O-methylanziaic acid [minor], 3,5-dichloro-2􀀂-O-methylnordivaricatic acid [minor], 5-chloro-2'-O-methylanziaic acid [trace], atranorin [minor], chloroatranorin [minor], and usnic acid [trace]. It is chemically similar to L. lividocinerea Bagl., to which it shows phylogenetic affinities based on ITS rDNA sequence analysis, and to L. sulphurella Hepp. Additionally, Chrysothrix flavovirens Tønsberg and Ochrolechia arborea (Kreyer) Almb, were also found epiphytic on P. pinaster and P. pinea in several pine forests along the coast, representing new records for Portuguese lichen flora, as well as that of Lepraria elobata, which was found epiphytic on P. pinaster only at Dunas de Quiaios. Furthermore, Hypotrachyna lividescens (Kurok.) Hale e H. pseudosinuosa (Asahina) Hale were found epiphytic on P. pinaster and other phorophytes at Dunas de Quiaios, and were new records for the lichen flora of the Iberian Peninsula. These results indicate the importance of pine forests on sand dunes has habitats for epiphytic lichens. In a study conducted in a pine forest on sand dunes (Mata do Urso, Figueira da Foz), impacted by a pulp mill at its border, between January and July 2008, lichen transplants of the species Flavoparmelia caperata (L.) Hale were used to evaluate the accumulation of thirty-three elements putatively emitted by paper and pulp mill industry. Chlorophyll a fluorescence kinetics studies were performed in the transplanted lichens, through the analysis of the parameters Fv/Fm, F0, Fm, qP, NPQ, 􀀁PSII, and 􀀁Exc in order to evaluate the effect of elemental accumulation on lichen vitality. It was intended to evaluate if elemental accumulation and chlorophyll a fluorescence kinetics varied significantly with site and period of exposure, taking into account the results from transplants performed in a reference location (Dunas de Quiaios) during the same period of time. Most elements — Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, S, Sb, Sc, Sr, Ti and V — were found in significantly higher concentrations in the transplants exposed at 500 m of distance from the point source. Nearly half of the elements — B, Ba, Cr, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, Na, P, Pb, S, Sb, and V — were also found in significantly higher concentrations in the transplants exposed during 180 days. (Continues on the verse) abstract Soil was identified as a partial source for most elements. The chlorophyll a fluorescence kinetics parameters Fv/Fm, Fm, 􀀁PSII, and 􀀁Exc varied significantly with site and/or period of exposure. Fv/Fm and Fm were significantly decreased in the transplants exposed at 500 and 1000 m from the pulp mill and in those exposed during 135 and 180 days. Both, 􀀁PSII and 􀀁Exc decreased significantly after 180 days of exposure. Significant negative correlations were identified between these parameters and the accumulation of elements: Fv/Fm: B, Ba, Co, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, N, P, S, Sb, and Zn; Fm: Ba, Co, Hg, Mn, Mo, N, P, S, Sb, and Zn; 􀀁PSII: N and P; 􀀁Exc: Mn, N, P, and S. Lichen diversity studies performed in the same locations where lichen transplants were placed at the impacted location revealed a lower lichen diversity value at the 500 m, which was also the only site were nitrophylous species were found, what could be due to the deposition of ammonia and/or dust. Similarly to other studies, this work confirms that lichens can be successfully used in biomonitoring studies, even in forested locations. Furthermore, it provides additional information on how chlorophyll a fluorescence kinetics of lichens can be influenced by elemental accumulation.