Dinámica biogeoquímica de nutrientes y metales pesados en ambientes intermareales de la laguna costera Mar Chiquita : potenciales efectos ecotoxicológicos sobre especies claves del ecosistema

Abstract

Las lagunas costeras son ambientes estuariales con una alta dinámica y con características ambientales particulares, pues conectan el límite continental con la zona costera. Estos ecosistemas altamente productivos son relevantes para la conservación de la biodiversidad, ya que son refugio de aves migratorias y de la biota acuática. Sin embargo, son muy sensibles a las actividades antrópicas, puesto que están ubicados al final de las cuencas de drenaje. Se caracterizan por ser sitio de conjunción entre dos flujos hidrológicos: la descarga de agua continental proveniente de los tributarios y las intrusiones marinas. Mar Chiquita es la única laguna costera del tipo semiobturada de canal largo en la Argentina. Está situada en el partido de Mar Chiquita, al sudeste de la Provincia de Buenos Aires, entre los 3733 3743 S y los 5715 5730 O. Esta laguna fue declarada Reserva Mundial de Biosfera por el Programa Man and Biosphere de la UNESCO. Posee una cuenca de drenaje que supera los 10.000 km2 y recibe el aporte de gran cantidad de arroyos y canales artificiales, los cuales forman una extensa cuenca tributaria, que incluye áreas afectadas por numerosas actividades humanas, principalmente agrícolo-ganaderas. Teniendo en cuenta que en esta zona se realiza un uso intensivo de fertilizantes, plaguicidas y otros agroquímicos, la cuenca de drenaje constituye una fuente potencial de contaminantes cuyo destino es esta laguna. Por otras parte, una de las especies claves de este ambiente es el cangrejo cavador Neohelice granulata. En este estudio se analizó la distribución espacio temporal de parámetros hidrográficos (temperatura, salinidad, turbidez, oxígeno disuelto, pH), nutrientes (nitritos, nitratos, amonio, fosfatos y silicatos) y pigmentos fotosintéticos (clorofila a y feopigmentos) en agua de columna e intersticial. Por otra parte, se determinaron las concentraciones de metales pesados, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Fe y Mn en muestras de sedimentos superficiales, agua intersticial y agua de columna en planicies de marea de la laguna. Además estos parámetros también fueron analizados en los tributarios de la laguna con el objetivo de evaluar sus aportes hacia el sistema. También se analizaron muestras de tejido de N. granulata con el fin de evaluar la bioacumulación de metales en esta especie. Los resultados indican que los nutrientes estuvieron presentes durante todo el año, y en muchos casos sus concentraciones fueron elevadas. Los rangos de concentración para cada uno de ellos fueron: amonio (nd130,04 μmol.L-1), nitratos (0,99-149 μmol.L-1), nitritos (0,11-2,47 μmol.L-1), fosfatos (0,37-18,72 μmol.L-1) y silicatos (8,17-880,22 μmol.L-1) y presentaron un comportamiento temporal, con un pico máximo de concentración durante los meses de primavera y otro pico de concentración menor a fines de otoño-principios de invierno. Las concentraciones de pigmentos fotosintéticos mostraron un comportamiento similar al de los nutrientes (el rango de concentración de la clorofila a fue nd-76,47 μg.L-1 y el de los feopigmentos fue nd-47,34 μg.L-1). Los metales estudiados no presentaron un patrón de comportamiento definido en función al tiempo ni en función a las mareas, y en varias ocasiones presentaron niveles muy elevados. Los rangos presentes de cada metal disuelto en agua de columna (AC) fueron (μg.L-1): Cd nd (no detectable)- 4,3; Cu nd-1000,23; Pb nd-850; Zn nd-1224,38; Fe nd-227,15; Cr nd-35,25 y Ni nd-79,84; mientras que en agua intesticial (AI) fueron (μg.L-1) : Cd nd-1,14; Cu nd-690,28; Pb nd-430, Zn nd-1395, Fe nd-236,07, Cr nd-38,01 y Ni nd-95,65. En tanto, los rangos de los metales en sedimento superficial fueron (μg.g-1): Cd 0,86-3,01; Cu nd-21,98; Pb nd-30,49; Zn 5,10-47,68; Fe nd-47900; Cr 0,34-8,45; Mn 58,76-1116,06 y Ni 5,34-34,89. Las concentraciones de metales en material particulado en suspensión (MPS) fueron (μg.g-1): Cd nd-58,64; Cu nd-22921; Pb nd-345,84; Zn nd-16922; Fe 49-54680; Cr nd-59,36; Mn 2,87-2415,88 y Ni nd-16327. El comportamiento de cada uno de los tributarios con respecto a los parámetros hidrológicos, nutrientes y metales pesados fue diferente. Cada uno presentó diferentes concentraciones de los compuestos estudiados de acuerdo a su recorrido y a las fuentes por las cuales atraviesa. Si bien todos los afluentes transportan grandes concentraciones de nutrientes, el Arroyo Grande y el Canal 7 son los tributarios que aportan en mayor grado compuestos nitrogenados hacia la laguna, mientras que los metales pesados son transportados en diferentes magnitudes por cada uno de los tributarios. Finalmente se realizaron ensayos de toxicidad de Zn en el cangrejo N. granulata. Este metal fue seleccionado por considerarlo de potencial riesgo para el ambiente bajo estudio. En esta tesis se evaluaron los efectos que produce este metal, y se demostró que puede interferir tanto en el proceso de muda como en el desarrollo embrionario de esta especie. Desde un punto de vista ecotoxicológico, los efectos observados en los ensayos de toxicidad realizados representan una información de gran utilidad para evaluar el status ambiental de esta laguna costera, no sólo considerando los niveles presentes de este metal en este ecosistema, sino también los potenciales efectos de este contaminante sobre su biota. Los estudios de bioacumulación en N. granulata indicaron que esta especie puede considerarse un potencial biomonitor para esta laguna costera. El conjunto de los resultados obtenidos durante este trabajo permiten sostener que las actividades antrópicas desarrolladas en la cuenca de drenaje, especialmente las actividades agrícolo-ganaderas, tienen una gran influencia sobre la condición ambiental de esta laguna.

Coastal lagoons are estuarine environments with a high dynamic and particular environment characteristics, because they connect the continental limit with the coastal zone. These highly productive ecosystems are relevant for the biodiversity conservation, since they are refuge for some migratory birds and aquatic biota. However, they are very sensitive to anthropogenic activities, since they are located at the end of the drainage basin. They are sites where two hydrologic flows meet: the continental water discharge of the tributaries and the marine intrusions. Mar Chiquita is the unique semiobtured and long channel coastal lagoon within Argentine. It is located between 3733 3743 S and 5715 5730 W within the Atlantic coast of Buenos Aires Province. It has been declared a Biosphere Reserve under the UNESCO Man and Biosphere Programme. It has a tributary basin of 10.000 km2. It receives a great input from streams and artificial channels, which together conform an extensive drainage basin, that includes areas with several human activities, mainly agriculture. Considering that in this area an intensive use of fertilizers, pesticides and other agrochemicals is developed, this drainage basin constitutes a potential source of pollution for this lagoon. On the other hand, one of the key species of this environment is the burrowing crab Neohelice granulata. In this study the spatial and temporal distribution of several hydrographic parameters (temperature, salinity, turbidity, dissolved oxygen, pH), nutrients (nitrites, nitrates, phosphates, silicates), ammonium and photosynthetic pigments (chlorophyll a and phaeopigments) in column and interstitial water was analyzed. On the other hand, heavy metal concentrations, (Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Fe y Mn) in samples of superficial sediments, interstitial and column water in intertidal environments were determined. Moreover, these parameters were analysed in all the tributaries and was evaluated the contribution of each one to the lagoon. Also, N. granulata tissues samples were analyzed in order to evaluate the metal bioaccumulation within this species. The obtained results indicate that nutrients were present during all the year at high concentrations. Nutrient concentrations ranged nd130,04 μmol.L-1 for ammonium, 0,99-149 μmol.L-1 for nitrates, 0,11-2,47 μmol.L-1 for nitrites, 0,37-18,72 μmol.L-1 for phosphates, and 8,17-880,22 μmol.L-1 for silicates. These nutrients showed a seasonal trend, with maximum values during spring and other minor peak during the end of autumn and early winter. Photosynthetic pigments concentrations showed a trend similar to that of nutrients (chlorophyll a range was nd-76,47 μg.L-1 and phaeopigments range was nd- 47,34 μg.L-1). Heavy metals did not present any particular behaviour, neither temporal or seasonal, nor tidal influence, and occasionally were present in high levels. Concentrations within water column were (in μg.L-1 units): nd (no detectable)-4,36 for Cd, nd-1000,23 for Cu, nd-850 for Pb, nd-1224,38 for Zn, nd-227,15 for Fe, nd-35,25 for Cr and nd- 79,84 for Ni. Heavy metal concentrations within pore water were (in μg.L-1 units): Cd nd-1,14; Cu nd-690,28; Pb nd-430; Zn nd-1395; Fe nd-236,07; Cr nd-38,01 and Ni nd-95,65. Heavy metals concentrations within surface bottom sediments were (in μg.g-1 units) Cd 0,86-3,01; Cu nd- 21,98; Pb nd-30,49; Zn 5,10-47,68; Fe nd-47900; Cr 0,34-8,45; Mn 58,76-1116,06 y Ni 5,34-34,89. Heavy metals concentrations within suspended particulate matter (SPM) were (in μg.g- 1units): Cd nd-58,64; Cu nd-22921; Pb nd-345,84; Zn nd-16922; Fe 49-54680; Cr nd-59,36; Mn 2,87-2415,88 and Ni nd-16327. Tributaries behaviour regarding their hydrological parameters, nutrients and heavy metals was different among them, since they showed different concentrations according to their route and sources through which they run. All affluents transported great amounts of nutrients, but Arroyo Grande stream and Canal 7 channel are the main contributors of nitrogen compounds towards Mar Chiquita coastal lagoon, whereas heavy metals are transported in different amounts by each tributary. Finally, Zn toxicity bioassays on the crab N. granulata were developed. This metal was selected because constitutes potential risk for this environment. This study evaluated the effects of this metal on the embryonic development and on the molt process. It was demostrated that this metal can interfere in both processes and generate deletereous effects. From an ecotoxicological point of view, the observed effects represent information of great utility in order to evaluate the environmental status of this coastal lagoon, considering not only the present levels in this ecosystem, but also the potential effects of this pollutant on the biota. Bioaccumulation studies on N. granulata indicated that this species can be considered as a potential biomonitor within this coastal lagoon. Results as obtained within this study allows to sustain that anthropogenic activities developed within the drainage basin, specially agriculture activities, have a great influence on the environmental conditions of this coastal lagoon.