Índices de Comunidades Biológicas, para fins de avaliação da qualidade das águas com vistas à preservação da vida aquática

SECRETARIA DO MEIO AMBIENTE

COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL

DECISÃO DE DIRETORIA Nº 232/2006-E, DE 14 DE NOVEMBRO DE 2006

DOE-SP de 29/11/2006 (nº 225, Seção I, pág. 36)

Dispõe sobre a instituição dos Índices de Comunidades Biológicas, para fins de avaliação da qualidade das águas com vistas à preservação da vida aquática, e dá outras providências

A Diretoria Plena da CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, à vista do que consta do Processo nº 378/2006/310/E e considerando o contido no Relatório à Diretoria nº 071/2006/E, que acolhe, decide:

I - INSTITUIR os Índices de Comunidades Biológicas, para fins de avaliação da qualidade das águas com vistas à preservação da vida aquática, constantes da Informação Técnica nº 002/EAH/2006, que integra esta Decisão, na seguinte conformidade:

a) - Índice da Comunidade Fitoplanctônica - ICF;

b) - Índice da Comunidade Zooplanctônica - ICZ; e

c) - Índice da Comunidade Bentônica - ICB II - Continuam em vigor o Índice de Preservação da Vida Aquática - IVA, o Índice de Águas para fins de Abastecimento Público - IAP e o Índice de Balneabilidade - IB, aprovados pela Decisão de Diretoria RD 001/2003/E/D, de 12 de março de 2003.

III - Esta Decisão de Diretoria entra em vigor na data de sua publicação.

Anexo a que se refere o inciso I da decisão de diretoria nº 232/2006/E, de 14 de novembro de 2006.

INFORMAÇÃO TÉCNICA Nº 002/EAH/2006

Data: 21/06/2006

Assunto: Bases Técnicas para o Desenvolvimento de Índices de Comunidades Biológicas para Avaliação da Qualidade das Águas com Vistas a Preservação da Vida Aquática

1. INTRODUÇÃO

A Resolução SMA/65 de 13 de agosto de 1998 instituiu um Grupo de Trabalho (GT) para a Revisão dos Índices de Qualidade da Água, com participação de representantes da CETESB, indicados por meio do Ofício 0652/98/P de 25/8/98.

Como resultado desses trabalhos, os novos Índices de Qualidade de Água : Índice de Preservação da vida Aquática - IVA, Índice de Qualidade de Águas Brutas para Fins de Abastecimento Público - IAP e Índice de Balneabilidade - IB, foram aprovados por meio da RD 001/2003/E/D (Anexo 1) em 12/03/2003.

Ao final dos trabalhos o GT recomendou ainda o estabelecimento de revisões periódicas dos índices, para se garantir que os mesmos possam acompanhar a evolução tecnológica, bem como a criação de mecanismos para dar continuidade às outras propostas levantadas durante os trabalhos dos Grupos Técnicos, formados para discussão de cada índice. Nesses Grupos Técnicos, houve a participação de especialistas de qualidade de águas, representando empresas de saneamento (SABESP), universidades (USP e UFSCar) e institutos de pesquisa (Instituto Botânico). No que se refere ao IVA, no documento final (Anexo 2), recomendou-se a inclusão de análises periódica das comunidades (Fitoplâncton, Perifíton, Zooplâncton, Bentos e Peixes) cujos índices complementariam a avaliação feita pelo IVA, conferindo classes de qualidade que indicarão o estado dos ecossistemas avaliados.

Cada uma destas comunidades responde de forma distinta aos impactos, diferindo no seu grau de sensibilidade e nos tempos de resposta e de recuperação. Como exemplos de indicação de desequilíbrio ambiental podem ser citados: florações de algas em decorrência do aumento de eutrofização; aparecimento de estruturas de resistência nos organismos zooplanctônicos como resposta a condições ambientais desfavoráveis; dominância de espécies tolerantes e desaparecimento de espécies bentônicas e perifíticas sensíveis devido à poluição doméstica e industrial; mortandade de peixes provocada pelo lançamento de substâncias tóxicas e alterações bruscas da qualidade da água. No entanto, ainda era necessário aprofundar alguns estudos para validar os índices de comunidades, para o estabelecimento de protocolos e rotinas para estas avaliações. Os índices de comunidades (fitoplâncton, perifíton, zooplâncton, bentos e peixes) serão apresentados separadamente do IVA, mostrando classes de qualidade que indicarão o estado do ecossistema avaliado.

Desde então foi promulgada a Resolução CONAMA 357/2005 (Brasil, 2005) que inclui no seu artigo 8º§3º a utilização de indicadores biológicos para avaliar a qualidade dos ambientes aquáticos "quando apropriado, utilizando-se organismos e/ou comunidades aquáticas", formalizando o aspecto legal da utilização do biomonitoramento.

2. CONSIDERAÇÕES

A seguir são feitas considerações sobre as bases teóricas do biomonitoramento e a discussão sobre a composição dos Índices de Comunidades Aquáticas utilizados pela CETESB.

2.1. BIOMONITORAMENTO

O monitoramento ambiental de ecossistemas aquáticos envolve o levantamento rotineiro da qualidade desses ambientes, geralmente por meio de análises físicas e químicas da água.

Variáveis como oxigênio dissolvido, temperatura, pH, nutrientes e mesmo contaminantes, como metais pesados, são monitoradas na água, em diversos programas de monitoramento. Esses resultados fornecem importantes informações sobre o ambiente e possibilitam um acompanhamento das condições ambientais. Em alguns programas de monitoramento são incluídas análises dos sedimentos por serem depositórios de contaminantes.

No entanto, a preocupação com a presença de poluentes orgânicos persistentes (POPs), como o DDT, nos anos 60, demonstrou que alguns compostos, mesmo quando presentes em concentrações abaixo do limite de quantificação, podem resultar em efeitos deletérios a biota. Atualmente deve-se considerar a presença de inúmeros contaminantes no meio, sendo que os métodos químicos devem ser cada vez mais sofisticados para detectálos.

A utilização do monitoramento biológico foi uma opção encontrada em diversos países para fazer frente a essas questões.

A CETESB (2005) realiza o monitoramento da qualidade das águas interiores do Estado de São Paulo desde a década de 70. Os objetivos da Rede de monitoramento são de avaliar a evolução da qualidade das águas, diagnosticar locais críticos, definindo as causas e possibilitando a definição de prioridades nas ações de prevenção, controle ou recuperação, conforme o uso destinado, obtenção de informações que subsidiem o planejamento ambiental (ex: emissão de licenças), além de fornecer informação aos Comitês de Bacia e à população. Ao longo do tempo esse monitoramento foi incorporando novos pontos de amostragem, novas variáveis e índices, buscando um melhor diagnóstico dos rios e reservatórios do Estado. A inclusão do monitoramento biológico foi uma das melhorias introduzida na Rede de Monitoramento na última década.

Atualmente a definição de Monitoramento Biológico (ou Biomonitoramento) inclui testes de toxicidade, caracterizações ecológicas (levantamento de comunidades como peixes, fitoplâncton e macrozoobentos), bioacumulação e outros atributos dos bioindicadores como saúde dos organismos ou capacidade reprodutiva (WEF, 1997).

O IVA já incorporou os ensaios ecotoxicológicos, bem como a avaliação do Estado Trófico, por meio da concentração e clorofila a, no entanto entende-se que a inclusão da avaliação de comunidades biológicas no monitoramento irá contribuir para um diagnóstico mais completo dos ecossistemas aquáticos.

Os bioindicadores são indicados para a avaliação da extensão dos impactos por possibilitarem:

- A determinação direta de efeitos biológicos, - a determinação de efeitos sinérgicos e antagônicos de diferentes poluentes em um organismo, - reconhecimento precoce de efeitos de poluentes a organismos e - por apresentarem custo relativamente menor quando comparados a outros métodos de avaliação.

Os bioindicadores de alterações estruturais ou funcionais das comunidades podem ser empregados na avaliação de impactos ambientais. Diferentes atributos como número total de organismos, presença ou ausência de espécies sensíveis ou tolerantes, grau de dominância de grupos ou espécies, presença de espécies introduzidas, podem ser traduzidos em índices numéricos, ou em avaliações qualitativas. Cada um dos atributos pode ser apresentado individualmente ou de modo integrado em índices multimétricos. Neste contexto, estudos florísticos e taxonômicos são fundamentais para a identificação das espécies que são tolerantes ou resistentes e também em abordagens de monitoramento que dependem de informações taxonômicas, como por exemplo, índices de diversidade.

A tradução dos resultados qualitativos em expressões numéricas auxiliam no estabelecimento de padrões de qualidade, bem como na comunicação dos resultados para o público.

Servem de exemplo de índices utilizados no biomonitoramento:

- Índice de Integridade Biótica - IBI (Index of Biotic Integrity) Desenvolvido por Karr em 1981, para peixes, definido como integrador dos fatores ecológicos e ambientais, sendo compreendido, originalmente por 12 itens (métricas) relacionados à composição e riqueza de espécies, número e abundância de espécies indicadoras, composição trófica, abundância e condição dos peixes.

- Índices Multimétricos - índice que combina indicadores, ou métricas (diversidade, riqueza, dominância), em um único valor. Cada métrica é testada e calibrada em uma escala e transformada em uma pontuação padronizada ("score") antes de integrar o índice multimétrico. Tanto o índice final quanto as métricas são úteis para o diagnostico das condições ecológicas (USEPA, 2005).

A tradução dos resultados do biomonitoramento em índices de qualidade é prática corrente em agências ambientais internacionais (USEPA, 2005) e nacionais (IAP, 2006).

2.2. ÍNDICES DE COMUNIDADES AQUÁTICAS

A CETESB selecionou algumas comunidades biológicas para a avaliação dos ecossistemas aquáticos. A seguir são feitas considerações sobre a importância das comunidade fitoplanctônica, zooplanctônica e bentônica, bem como os índices desenvolvidos e validados para cada uma delas.

A validação dos índices atuais foi feita ao longo dos últimos anos dentro das atividades do Projeto de Atualização e Aperfeiçoamento de Metodologias Analíticas para Apoio às Ações de Controle de Poluição e Preservação do Meio Ambiente Desenvolvidas pelo Governo do Estado de São Paulo (O.S. 41.53.1000), bem como em tese de Doutorado (Carvalho, 2003), além de trabalhos e relatórios publicados (Coelho- Botelho, 2003; Kuhlmann, 2003, Coelho-Botelho et al., 2006).

* Comunidade fitoplanctônica

A comunidade fitoplanctônica pode ser utilizada como indicadora da qualidade da água, principalmente em reservatórios, e, a análise da sua estrutura permite avaliar alguns efeitos decorrentes de alterações ambientais. Esta comunidade é a base da cadeia alimentar e, portanto, a produtividade dos elos seguintes depende da sua biomassa.

Os organismos fitoplanctônicos respondem rapidamente (em dias) às alterações ambientais decorrentes da interferência antrópica ou natural. É uma comunidade indicadora do estado trófico, podendo ainda ser utilizada como indicador de poluição por pesticidas ou metais pesados (presença de espécies resistentes ao cobre) em reservatórios utilizados para abastecimento.

A presença de algumas espécies em altas densidades pode comprometer a qualidade das águas, causando restrições ao seu tratamento e distribuição. Atenção especial é dada ao grupo das Cianofíceas, também denominadas Cianobactérias, que possui espécies potencialmente tóxicas. A ocorrência destas algas tem sido relacionada a eventos de mortandade de animais e com danos à saúde humana (Chorus & Bartran, 1999).

Índice da Comunidade Fitoplanctônica - ICF

Para uma resposta mais rápida na avaliação da qualidade da água, a identificação em grandes grupos ou a observação da espécie dominante já pode dar subsídios para ações imediatas.

Portanto, o índice para a comunidade fitoplanctônica proposto pelo Grupo Técnico, composto por técnicos da CETESB, Instituto Botânico e Universidade Federal de São Carlos em função da resolução da S.M.A. 1998, tem demonstrado ser eficaz para o biomonitoramento da qualidade da água em reservatórios.

Este índice foi proposto inicialmente com base em três medidas ou seja, proporção dos grandes grupos que compõem o fitoplâncton, densidade dos organismos e concentração de clorofila a.

 

Uma avaliação dos grandes grupos ou ordens já pode ser suficiente para se ter uma idéia de como o manancial se comporta em termos de qualidade da água ou futuros problemas em relação ao seu uso. Entretanto, nesta avaliação, quando houver dominância de organismos que podem provocar problemas para a saúde humana, a identificação em nível de espécie se torna necessária.

Atualmente, a CETESB vem adotando este índice na rede de monitoramento da qualidade da água em reservatórios, entretanto alguns ajustes ainda serão necessários embora os diagnósticos obtidos pela aplicação do ICF não têm sido discrepantes, mas complementares, quando comparado com os diagnósticos obtidos pelo IVA e outras variáveis ambientais. (CETESB,2005).

* Comunidade zooplanctônica

A comunidade zooplanctônica é formada por animais microscópicos que vivem em suspensão, sendo protozoários, rotíferos, cladóceros e copépodes os grupos dominantes no ambiente de água doce. São importantes na manutenção do equilíbrio do ambiente aquático, podendo atuar como reguladores da comunidade fitoplanctônica (utilizando-a como alimento) e na reciclagem de nutrientes, além de servirem de alimento para diversas espécies de peixes.

Além da sua importância na cadeia alimentar, o zooplâncton vem sendo avaliado como indicador da qualidade da água de lagos e reservatórios em diversos países, especialmente no monitoramento do processo de eutrofização (Andronikova, 1996) através da relação entre as diversas alterações na comunidade zooplanctônica e o grau de trofia.

Uma das alterações da comunidade zooplanctônica associada ao aumento da poluição aquática, é a simplificação da cadeia alimentar e conseqüente redução do número de espécies, sendo as mais resistentes geralmente presentes em números elevados. Sabe-se atualmente que a riqueza planctônica é uma variável que sofre interferência de diversos fatores e o aumento do estado trófico muitas vezes promove a presença de um maior número de espécies, devido a redução da competição por recursos alimentares entre elas (Matsumura-Tundisi et al., 2002). Outro fator que interfere na riqueza é a influência de várzeas, matas ciliares, macrófitas, lagos e lagoas marginais e da descarga de rios nas proximidades do ponto de coleta, que carreiam fauna oriunda destes ambientes (Shiel et al., 1998; Neves et al., 2003) e aumentam consideravelmente a diversidade da comunidade planctônica, não estando necessariamente relacionados com grau de trofia do ambiente.

A dominância de rotíferos foi durante muito tempo associada com o aumento de estado trófico, devido ao curto ciclo de vida e rápida reprodução que favorecem este grupo em ambientes mais dinâmicos, competitivos e seletivos. Entretanto, estudos posteriores demonstraram que a dominância de rotíferos ocorre também em diversos outros ambientes aquáticos, independente do estado trófico (Rocha et al., 1995). Além dos rotíferos, é também freqüente a ocorrência de elevados números e dominância de copépodes ciclopóides em corpos d'água eutróficos (Silva & Matsumura-Tundisi, 2002; CETESB, 2004). O grupo dos copépodes calanóides tem sido mais freqüentemente associado com condições oligo-mesotróficas e, como todos os demais grupos, apresenta também um gradiente de sensibilidade em função da espécie.

Dos diversos trabalhos realizados no Estado de São Paulo, os resultados sugerem que as espécies do gênero Argyrodiaptomus e Notodiaptomus provavelmente assinalem condições oligo-mesotróficas e meso-eutróficas, respectivamente. Independente da espécie de calanóide considerada, a presença deste grupo tem indicado a existência de condições menos limitantes pois mesmo Notodiaptomus iheringi parece não tolerar por muito tempo o avanço do processo de eutrofização, não sendo registrado números significativos desta espécie nesta condição (CETESB, 2004).

Existem ainda outras propostas para os reservatórios tropicais, citadas em Coelho-Botelho (2004), que relacionam principalmente a presença e/ou dominância de diferentes espécies zooplanctônicas com graus de trofia (Sampaio et al., 2002; Silva & Matsumura-Tundisi, 2002). Entretanto, a identificação da comunidade zooplanctônica ao nível específico envolve um processo de treinamento longo e, consequentemente, de alto custo.

A proposta que vem sendo empregada pela CETESB desde 2003 (CETESB, 2004) - o Índice da Comunidade Zooplanctônica para Reservatórios (ICZRES) - requer a identificação somente a nível de grupos (copépodes calanóides e ciclopóides), possibilitando um treinamento mais rápido, e agrega informações sobre 2 eventos biológicos, de diferentes níveis tróficos - fitoplâncton (clorofila a) e zooplâncton (razão entre o número total de calanóides e ciclopóides) - em um diagrama de qualidade de água.

 

* Comunidade bentônica

A comunidade bentônica corresponde ao conjunto de organismos que vive todo ou parte de seu ciclo de vida no substrato de fundo de ambientes aquáticos. Os macroinvertebrados (invertebrados selecionados em rede de 0,5mm) que compõe essa comunidade, têm sido sistematicamente utilizados em redes de biomonitoramento em vários países, porque ocorrem em todo tipo de ecossistema aquático, exibem ampla variedade de tolerâncias a vários graus e tipos de poluição, têm baixa motilidade e estão continuamente sujeitos às alterações de qualidade do ambiente aquático, inserindo o componente temporal ao diagnóstico e, como monitores contínuos, possibilitam a avaliação a longo prazo dos efeitos de descargas regulares, intermitentes e difusas, de concentrações variáveis de poluentes, de poluição simples ou múltipla e de efeitos sinergísticos e antagônicos de contaminantes. Nos reservatórios, as comunidades de duas zonas de estudo foram consideradas, sublitoral e profundal. A primeira, mais sensível a degradação recente, ou seja, a contaminantes presentes na coluna d'água, e a segunda ao histórico de degradação local, associada a contaminantes acumulados nos sedimentos.

Para amostras dos rios os organismos bentônicos foram identificados até família para a maioria dos taxa, exceto para Chironomidae, em que atingiu-se nível de sub-famílias e tribos.

Para reservatórios, Chironomidae e Oligochaeta foram identificados até gênero/espécie.

Índice da Comunidade Bentônica Foram calculados os seguintes índices descritores da estrutura das comunidades bentônicas:

1. Riqueza (S), sendo a soma das categorias taxonômicas encontradas na amostra.

2. Índice de Diversidade de Shannon-Wiener (H')(Washington, 1984).

3. Índice de Comparação Sequencial (ICS)(Cairns & Dickson, 1971), em cujo cálculo foi empregado software desenvolvido pelo prof. Dr. Aristotelino Monteiro Ferreira para a CETESB (Henrique-Marcelino et al., 1992).

4. Razão Tanytarsini/Chironomidae (Tt/Chi) (EPA/OHIO, 1987).

5. Riqueza de taxa sensíveis (Ssens), em que foram considerados sensíveis as famílias de Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera e o gênero Stempellina de Chironomidae- Tanytarsini em rios e as famílias de Ephemeroptera, Odonata, Trichoptera e o gênero Stempellina de Chironomidae- Tanytarsini em reservatórios.

6. Dominância de grupos tolerantes (T/DT), tendo sido considerados tolerantes, Tubificinae sem queta capilar, Naidinae e Chironomini, em rios e Limnodrilus hoffmeisteri, Dero, Pristina, Pristinella e Chironomus, em reservatórios.

Além disso, sempre que possível, ou seja, quando ocorreram populações significativas (N = 100) de Chironomus nas amostras, foi avaliada a freqüência de deformidade no mento dessas larvas, tendo sido considerado deformidade, "gap", falta e excesso de dentes (Kuhlmann et al., 2000).

Para o diagnóstico, estes descritores foram fundidos em índices multimétricos, adequados a cada tipo de ambiente, ou seja, zona sublitoral de reservatórios, zona profundal de reservatórios e de rios, como se segue:

 

 

 

Para o cálculo do Índice da Comunidade Bentônica apenas um dos índices de diversidade (H' ou ICS) é considerado, dandose preferência ao ICS. O valor final, que gera o diagnóstico ou a classificação final da qualidade do habitat, será simplemente a média aritmética do ranking dos índices parciais.

Com relação à freqüência de deformidade em mento de larvas de Chironomus, foi considerada incidência natural da população valores de até 3% , como citado em literatura (Burt et al., 2003).

3. DIVULGAÇÃO DOS ÍNDICES

No Relatório de Qualidade das Águas Interiores do Estado de São Paulo da CETESB, referente ao ano de 2002, (CETESB, 2003) foram publicados, em capítulos específicos, pela primeira vez os resultados e as metodologias de cálculo dos índices das comunidades fitoplanctônica e bentônica.

No Relatório de 2003 (CETESB, 2004) foram incluídos no capítulo relativo aos Índices de Qualidade das Águas os índices das comunidades fitoplanctônica, zooplanctônica e bentônica.

Em 2005 (CETESB, 2006) foram monitorados 24 pontos para as comunidades fitoplanctônicas, quatro pontos para zooplancton e 18 pontos para a comunidade bentônica.

Esses resultados, interpretados em conjunto com os resultados do IVA e das variáveis físicas e químicas, possibilitaram uma maior sensibilidade e compreensão da qualidade ambiental dos ecossistemas aquáticos monitorados no Estado de São Paulo. Em 2005 (CETESB, 2006), por exemplo, foi possível verificar a presença de cianobactérias potencialmente tóxicas em diversos mananciais do estado, indicando deterioração da qualidade das águas e necessidade de maiores cuidados no tratamento das águas captadas. Além disso, em alguns ambientes, como o reservatório Guarapiranga, tanto as comunidades planctônicas (fito e zooplâncton) como bentônica indicaram uma piora nas condições ambientais nos últimos anos, o que não pode ser verificado de maneira tão clara pelo IVA.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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