Contamination by wildfires runoff: effects of biofiltration

Abstract

Todos os anos, vastas áreas da região Mediterrânea são devastadas por incêndios florestais. Estes podem causar sérios impactos nos ecossistemas, existindo um interesse crescente sobre os seus efeitos na qualidade da água e no biota aquático. A partir de extratos aquosos de cinzas, que se assumiu simularem escorrências de uma área ardida, determinaram-se analiticamente vários metais e dezasseis hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs). Paralelamente, foi realizada uma avaliação ecotoxicológica desses extratos aquosos de cinzas com quatro espécies standard, representando diferentes grupos funcionais e níveis tróficos. Os extratos aquosos de cinzas induziram uma redução no crescimento dos produtores primários Pseudokirchneriella subcapitata e Lemna minor, e inibiram a luminescência da bactéria Vibrio fischeri, enquanto não se verificou uma imobilização significativa em ensaios com o cladócero zooplanctónico Daphnia magna. Estes resultados são concordantes com a inconsistência que se verifica existir na literatura relativamente aos efeitos deletérios dos incêndios no ecossistema aquático. Esta avaliação ecotoxicológica permitiu construir uma base de análise comparativa com vista a responder à questão essencial que motivou este estudo: a presença do bivalve invasor Corbicula fluminea nos sistemas afetados poderá apoiar a mitigação dos potenciais efeitos dos incêndios florestais nas comunidades aquáticas? Neste contexto, o potencial biofiltrador desta espécie foi testado ao longo de sete dias, utilizando como modelo experimental os extratos aquosos de cinzas simulando escorrências de incêndios. Ao longo da experiência verificou-se a diminuição de metais (redução acima dos 70% para o Mn e Zn) e PAHs (redução de 50% nos valores de naftaleno na água e a bioconcentração de alguns elementos nos tecidos moles (especialmente Cu e Zn) e conchas das amêijoas (especialmente Mn). Paralelamente foi efetuada a avaliação ecotoxicológica dos extratos aquosos após a biofiltração, utilizando a mesma bateria de organismos acima descrita, e de um modo geral, observou-se uma diminuição da toxicidade dos extratos. Aquando da exposição aos extractos aquosos filtrados observou-se uma menor inibição do crescimento dos produtores primários (estatisticamente significativa na taxa de crescimento e no incremento total da biomassa de L. minor) bem como uma menor inibição da luminescência of V. fischeri (ou mesmo estimulação da luminescência em várias das concentrações testadas) e não se registaram efeitos tóxicos em D. magna. Estes resultados sugerem que os efeitos ecológicos nefastos da presença da espécie invasora C. fluminea podem, em cenários particulares, ser compensados em alguma medida por serviços adicionais que a espécie poderá prestar ao ecossistema.

Every year, large areas of the Mediterranean region are devastated by wildfires. Wildfires can cause serious impacts on terrestrial ecosystems but there is also a growing concern about their effects on surface water quality and on the aquatic biota. Aqueous extracts of ashes (AEA) were used in this study as an alternative for the runoff from a burnt area. Various metals and sixteen polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were analytically determined in the extracts. Their ecotoxicological assessment followed with four standard species representing different functional groups and trophic levels. The aqueous extracts of ashes induced a reduction in the growth of the primary producers Pseudokirchneriella subcapitata and Lemna minor, and inhibited the luminescence of the bacteria Vibrio fischeri but did not produce a significant immobilization in the cladoceran zooplankter Daphnia magna. These results reflected the inconsistency found in the literature on the deleterious effects of wildfires on aquatic ecosystems. This assessment comprised the first step of this study, which had, as overarching research question, whether the invasive bivalve Corbicula fluminea could mitigate the potential effects of wildfires on aquatic species. The biofiltration potential of this species was tested by exposing it to aqueous extract of ashes during a 7-day period, and by using the filtered solution in a second battery of ecotoxicological tests. Throughout the experiment there was a reduction of the concentration of the metals (more than 70% for Mn and Zn) and PAHs (a loss of 50% in naphthalene in the aqueous extract and, at the same time, an increase in the concentration of some contaminants in the clam’s soft tissue (especially Cu and Zn) and shells (especially Mn). Generally, lower toxicity was observed after than before filtration by C. fluminea. When exposed to biofiltered AEA, a smaller inhibition on the growth of the primary producers was observed (statistical significant in both growth rate and yield of L. minor) as well as a much lower luminescence inhibition of V. fischeri (or even luminescence stimulation of several tested concentrations) and non toxic effects were reported in D. magna. Thus, the negative ecological effects resulting from the presence of the invasive species C. fluminea can eventually be somewhat compensated by additional services provided to the ecosystem.