Ocorrência de florações de cianobactérias e consequências para a saúde pública no Nordeste do Brasil / Ocurrence of cyanobacterial bloom and consequences for public health in Northeastern Brazil / Ocurrencia de las floraciones de cianobacterias y consecuencias para la salud pública en el Nordeste de Brasil

As florações são resultado de interações entre fatores físicos, químicos e biológicos, sendo caracterizadas pelo crescimento massivo de microrganismos. As proliferações de cianobactérias indicam a deterioração na qualidade da água e podem ser consideradas problemas de saúde pública, devido à capacidade de produção e liberação de toxinas pelas cianobactérias nos ambientes aquáticos, especialmente nos reservatórios de abastecimento. Assim, este trabalho teve como objetivo verificar, a partir de uma revisão de literatura, a ocorrência de florações de cianobactérias e cianotoxinas e os efeitos especialmente para saúde pública. A metodologia utilizada foi revisão narrativa de trabalhos selecionados seguindo os critérios de inclusão. Foi verificada a ocorrência de 74 espécies de cianobactérias, sendo Microcystis aeruginosa e Raphidiopsis raciborskii as predominantes. Espécies potencialmente tóxicas foram encontradas em todas as florações relatadas nos trabalhos realizados na região Nordeste. As florações de cianobactérias ocorreram principalmente em reservatórios da região Nordeste, juntamente com cianotoxinas (microcistinas, cilindrospermopiscina e saxitoxina). Têm sido frequentes florações com cianotoxinas em sistemas aquáticos, ocasionando alterações no ambiente aquático. Essas modificações alcançam diversos níveis tróficos e podem alcançar o homem, sendo problema de saúde pública.

The blooms are the result of interactions between physical, chemical, and biological factors, and are characterized by the explosive growth of microorganisms. The proliferations of cyanobacteria indicate deterioration in quality and can be considered public health problems due to the ability of cyanobacteria to produce and release toxins in aquatic environments, especially in supply reservoirs. Thus, this study aimed to review the literature to verify the occurrence of cyanobacteria and cyanotoxin blooms and the effects especially for public health. The methodology used was narrative review of selected papers according to the inclusion criteria. The occurrence of 74 cyanobacteria species was verified, with Microcystis aeruginosa and Raphidiopsis raciborskii being the predominant ones. Potentially toxic species were found in all blooms studies carried out in the Northeast region. Cyanobacterial blooms were found mainly in reservoirs in the Northeast region, along with cyanotoxins (microcystins, cylindrospermopsin, and saxitoxin). Blooms with cyanotoxins have been frequent in aquatic systems, causing changes in the aquatic environment. These changes reach several trophic levels, and can reach man, being a public health problem.

Las floraciones son el resultado de interacciones entre factores físicos, químicos y biológicos, caracterizadas por el crecimiento explosivo de microorganismos. La proliferación de cianobacterias indica un deterioro de la calidad y puede considerarse un problema de salud pública debido a la capacidad de las cianobacterias de producir y liberar toxinas en ambientes acuáticos, especialmente en los embalses de abastecimiento. Así, este estudio tenía como objetivo revisar la literatura para verificar la ocurrencia de floraciones de cianobacterias y cianotoxina, así como sus efectos especialmente en la salud pública. La metodología utilizada fue la revisión narrativa de los documentos seleccionados de acuerdo con los criterios de inclusión. Se verificó la aparición de 74 especies de cianobacterias, de las cuales Microcystis aeruginosa y Raphidiopsis raciborskii fueron las más predominantes. Se encontraron especies potencialmente tóxicas en todos los estudios de floración realizados en los estados de la región Nordeste de Brasil. Las floraciones de cianobacterias se encontraron principalmente en embalses en la región Nordeste, junto con cianotoxinas (microcistinas, cilindrospermopsinas y saxitoxinas). Ha habido frecuentes floraciones con cianotoxinas en los sistemas acuáticos, causando cambios en el medio acuático. Estos cambios alcanzan varios niveles tróficos y pueden llegar al hombre, siendo un problema de salud pública.

Water residence time affecting phytoplankton blooms: study case in Ibitinga Reservoir (São Paulo, Brazil) using Landsat/TM images / Efeito de variações no tempo de residência hidráulica sobre a ocorrência de florações de fitoplâncton: estudo de caso no Reservatório de Ibitinga (SP) com o uso de imagens Landsat/TM

Abstract Satellite images are an effective tool for the detection of phytoplankton blooms, since they cause striking changes in water color. Bloom intensity can be expressed in terms of chlorophyll-a concentration. Previous studies suggest the use of Landsat TM4/TM3 reflectance ratio to retrieve surface chlorophyll-a concentration from aquatic systems. In this study we assumed that a remote sensing trophic state index can be applied to investigate how changes in HRT along the hydrologic year affect the spatial distribution of the phytoplankton blooms at Ibitinga’s reservoir surface. For that, we formulated two objectives: (1) apply a semi-empirical model which uses this reflectance ratio to map chlorophyll-a concentration at Ibitinga reservoir along the 2005 hydrologic year and (2) assess how changes in hydraulic residence time (HRT) affect the spatial distribution of phytoplankton blooms at Ibitinga Reservoir. The study site was chosen because previous studies reported seasonal changes in the reservoir limnology which might be related to the reservoir seasonality and hydrodynamics. Six Landsat/TM images were acquired over Ibitinga reservoir during 2005 and water flow measurements provided by the Brazilian Electric System National Operator - ONS were used to compute the reservoir´s residence time, which varied from 5.37 to 52.39 days during 2005. The HRT in the date of image acquisition was then compared to the distribution of chlorophyll-a in the reservoir. The results showed that the HRT increasing implies the increasing of the reservoir surface occupied by phytoplankton blooms.

Resumo As imagens de satélite são frequentemente usadas para a identificação de florações de fitoplâncton porque sua presença causa mudanças significativas na cor da água. A abundância das florações pode ser quantificada por medidas de concentração de clorofila-a. Diversos estudos sugerem o uso da razão de reflectância das bandas TM4/TM3 Landsat, para determinar as concentrações de clorofila-a em sistemas aquáticos. Este trabalho tem como objetivos: (1) aplicar um modelo semi-empírico que usa essa razão para mapear a concentração de clorofila-a no reservatório de Ibitinga ao longo do ano hidrológico de 2005; (2) avaliar como as mudanças no tempo de residência hidráulica afetaram a distribuição de florações na superfície do reservatório. O reservatório de Ibitinga foi selecionado porque estudos prévios indicavam mudanças sazonais nas propriedades limnológicas do reservatório, as quais poderiam estar relacionadas à sazonalidade e à hidrodinâmica. Seis imagens TM/Landsat foram adquiridas sobre o reservatório de Ibitinga durante o ano de 2005. Foi então usada uma tabela associando intervalos de razão de banda a intervalos de concentração de clorofila-a. Medidas de vazão fornecidas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS foram utilizadas para calcular o tempo de residência hidráulica do reservatório, que variou entre 5,37 e 52,39 dias durante 2005. O tempo de residência hidráulica em cada data de aquisição da imagem foi então comparado com a área ocupada pelas florações de fitoplancton. Os resultados indicaram uma forte relação entre o tempo de residência hidráulica e a área ocupada por florações. Em junho de 2005, quando o reservatório atingiu seu menor tempo de residência hidráulica, apenas 20% de sua área estiveram ocupadas por florações. Em setembro e outubro, quando a residência hidráulica atinge o seu máximo, mais que 80% da superfície do reservatório foram ocupadas por florações de fitoplancton.

Fatores determinantes das florações de cianobactérias na água do Rio Doce, Minas Gerais, Brasil / Determinants of cyanobacteria's bloom in water at Doce River, Minas Gerais, Brazil

A partir de 2005 ocorreram sucessivas florações de cianobactérias tóxicas e não tóxicas na água do Rio Doce. Naquela época, foram identificadas as possíveis causas dessas florações e dentre elas se destacou principalmente o extenso período estival na região da bacia hidrográfica. O principal objetivo desse trabalho foi o de associar estatisticamente alguns parâmetros ambientais e de qualidade da água do rio em um período de cinco anos, para encontrar e explicar as possíveis correlações existentes. As cianobactérias estiveram presentes na água do Rio Doce nos 10 pontos de coleta avaliados pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas, no período de 2008 a 2012. Na análise de agrupamentos entre as estações de coleta, o ponto RD44 se destacou isoladamente e apresentou maiores densidades de termotolerantes durante o inverno. Por meio da análise de componentes principais, verificouse que as maiores densidades de cianobactérias estiveram associadas a reduções da temperatura da água, da turbidez, da concentração de fósforo total e condições características do período estival (inverno seco) na água de rios em Minas Gerais. Nesse mesmo período, ocorreram elevações nas concentrações de clorofila a, oxigênio dissolvido, nitratos, da relação estequiométrica N/P e do Índice de Qualidade das Águas. Após 2009 as florações se tornaram sucessivas. Isso reforça a teoria de que o represamento da água do rio exerceu uma influência nas crescentes florações de cianobactérias, pois podem ter contribuído para a redução da turbidez da água do rio, para o aumento da concentração de nitratos e da densidade de termotolerantes.

From 2005 there were successive blooms of toxic and nontoxic cyanobacteria in water from Doce River. At that time, the possible causes of these blooms were studied and the extensive winter period in the watershed area was one of the main causes. The main objective of this study was to statistically associate some quality and environmental parameters of the river water for a period of five years, to meet and explain the possible correlations. Cyanobacteria were present in the water of the Doce River in the 10 sampling points evaluated in the period from 2008 to 2012. In cluster analysis between the collection points, the sample station RD44 stood alone and presented during the dry seasons of the years the highest densities of thermotolerant coliform. By means of principal component analysis, it was found that increased density of cyanobacteria was associated with a reduction in temperature of the water, turbidity and the concentration of phosphorus, which are characteristic conditions of river waters in Minas Gerais during the winter period (dry season). In the same period, there were increases in the concentrations of chlorophyll a, dissolved oxygen, nitrates, the stoichiometric ratio N/P and the Water Quality Index. After 2009, successive cyanobacteria blooms have been registered. This reinforces the theory that the damming of the river has had a growing influence on cyanobacteria blooms. They may have contributed to reduce the turbidity of river water, increase in nitrate concentration and thermotolerant coliform density.

Recurrent blooms of Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae) in the Piraquê Channel, Rodrigo de Freitas Lagoon, southeast Brazil / Florações recorrentes de Heterosigma akashiwo (Raphydophyceae) no Canal do Piraquê, Lagoa Rodrigo de Freitas, sudeste do Brasil

Six blooms of Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae) were observed from March 2007 through March 2008 in the Rodrigo de Freitas Lagoon, a semi-confined eutrophic system located in Rio de Janeiro state, southeast Brazil. Vegetative cells of H. akashiwo analysed by optical and electron microscopy showed morphology as described in the literature. The blooms (2.8 × 104 to 4 × 108 cell.L–1) were restricted to the middle section of the Piraquê Channel, which is situated in the northeastern part of the lagoon and receives freshwater inflow. The salinity of subsurface water and the channel depth showed significant negative correlations with H. akashiwo abundances, and appeared to restrict the blooms to this compartment of the lagoon. No fish mortality was associated with the H. akashiwo blooms, nor were brevetoxins detected in a cell extract obtained from the bloom observed on 19 March 2007.

Seis florações de Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae) foram observadas em março de 2007 a março de 2008 na Lagoa Rodrigo de Freitas, um sistema semi-confinado eutrófico localizado no Rio de Janeiro (Sudeste do Brasil). As células vegetativas de H. akashiwo analisadas por microscopia óptica e eletrônica mostraram morfologia como descrito em literatura. As florações (2.8 × 104 a 4 × 108 cel.L–1) foram restritas à zona intermédia do canal Piraquê, que se situa na parte nordeste da lagoa e recebe aporte de água doce. A salinidade da sub-superfície da água e a profundidade do canal apresentaram correlação negativa significativa com a abundância de H. akashiwo e parecem determinar a formação de florações restritas a este compartimento da lagoa. Não houve mortalidade de peixes durante as florações de H. akashiwo e não foi detectada a presença de brevetoxinas em um extrato celular obtido a partir da floração observada em 19 de março de 2007.

Cold fronts and reservoir limnology: an integrated approach towards the ecological dynamics of freshwater ecosystems

In this paper the authors discuss the effects of cold fronts on the dynamics of freshwater ecosystems of southeast South America. Cold fronts originating from the Antarctic show a monthly frequency that promotes turbulence and vertical mixing in reservoirs with a consequence to homogenize nutrient distribution, dissolved oxygen and temperature. Weak thermoclines and the athelomixis process immediately before, during and after the passage of cold fronts interfere with phytoplankton succession in reservoirs. Cyanobacteria blooms in eutrophic reservoirs are frequently connected with periods of stratification and stability of the water column. Cold fronts in the Amazon and Pantanal lakes may produce fish killings during the process of "friagem" associated mixing events. Further studies will try to implement a model to predict the impact of cold fronts and prepare management procedures in order to cope with cyanobacteria blooms during warm and stable water column periods. Changes in water quality of reservoirs are expected during circulation periods caused by cold fronts.

Neste trabalho, os autores discutem o impacto das frentes frias na dinâmica dos ecossistemas de água doce da região sudeste da América do Sul e com repercussões no Centro Oeste e Amazônia. Frentes frias com origem no continente Antártico mostram uma frequência mensal que tem como consequência o aumento da turbulência e a mistura vertical em represas, homogeneizando a distribuição de nutrientes, de oxigênio dissolvido e a temperatura da água. Termoclinas fracamente estabilizadas e o processo de atelomixia imediatamente antes, durante e após a passagem das frentes frias intervêm na sucessão fitoplanctônica em represas. Frentes frias na Amazônia e Pantanal podem ser a causa da mortalidade em massa de peixes devido à remoção das camadas anóxicas do fundo dos lagos de várzea (friagem). Florescimentos de cianobactérias em reservatórios eutróficos são frequentemente relacionados com períodos de estratificação e estabilidade vertical da coluna de água. Futuros estudos deverão implementar um modelo preditivo que poderá ser fundamental no gerenciamento de reservatórios de abastecimento de água. Estes modelos terão a capacidade de prever frequência de florescimentos de cianobactérias e gerenciar melhor a qualidade da água desses reservatórios.

The phytoplankton of Guanabara Bay, Brazil: I. historical account of its biodiversity / O fitoplâncton da Baía de Guanabara, Brasil: I. histórico da biodiversidade local

This is a historical account of the biodiversity of phytoplankton in Guanabara Bay, Brazil. It is based on 57 publications that refer to sampling carried out between 1913 and 2004. The publications included are those with direct microscopic identification. Although 80 percent of the studies focus on ecological issues that tend to mention only the most abundant species, 24 publications provide comprehensive check-lists at the species level, especially of taxa > 20 μm. The inventory of species includes, to date, 308 taxa among 199 diatoms, 90 dinoflagellates, 9 cyanobacteria, 5 euglenophyceans, 1 chlorophycean, 1 prasinophycean, 1 silicoflagellate, and 2 ebriids. The most conspicuous species were the dinoflagellate Scrippsiella trochoidea and diatoms from the Skeletonema costatum complex. The first was the theme of the very first publication in the area (Faria 1914) that reported on its bloom associated with the mass mortality of fish due to oxygen depletion; it is still often found in high abundances (10(6) cell.L-1) in more protected areas. The second was long considered in the literature as a cosmopolitan and opportunistic species, until the recent discovery of cryptic species within the genus; taxonomic re-evaluation of local populations is, therefore, needed. Besides these two species, only other 25 species stood out in terms of frequency of occurrence and widespread distribution in the Bay, some known to be implicated in harmful blooms elsewhere. The biodiversity of dinoflagellates, especially within the Gymnodiniales, and that of other unidentified flagellates (Haptophyceae, Cryptophyceae, Prasinophyceae, Raphidophyceae) is largely underestimated because of the use of fixatives that distort/destroy diagnostic characters. From the initial inventory of 124 taxa published in 1917 and the subsequent additions in species numbers, one can have a false perception that the phytoplankton biodiversity has increased throughout the years, despite the overall increase in eutrophication observed in Guanabara Bay. The reason for this may be twofold: 1) it is an artifact caused by our progressively improving technical capability to detect and identify species and 2) the possible effects of eutrophication could be better perceived when the community structure is evaluated, that is, when space-time variations in the abundances of the populations (rather than just number of species) are also taken into account.

Este é o histórico dos estudos sobre a biodiversidade do fitoplâncton da Baía da Guanabara, Brasil, com base em 57 publicações relativas a amostras coletadas no período entre 1913 e 2004. Estão aqui incluídas apenas as investigações que identificaram espécies por microscopia. Apesar de 80 por cento dos estudos serem de cunho ecológico, os quais tendem a citar apenas as espécies mais abundantes, 24 publicações incluem listas completas dos táxons identificados em nível específico, especialmente daqueles > 20 μm. Atualmente, o inventário de espécies inclui 308 táxons dentre 199 diatomáceas, 90 dinoflagelados, 9 cianobactérias, 5 euglenofíceas, 1 clorofícea, 1 prasinofícea, 1 silicoflagelado e 2 ebriideos. As duas espécies que mais se destacaram foram o dinoflagelado Scrippsiella trochoidea e diatomáceas do complexo Skeletonema costatum. A primeira foi o tema de publicação pioneira sobre o fitoplâncton da Baía (Faria 1914), que relatou sua floração associada à mortandade de peixes, e continua sendo detectada em altas concentrações (10(6) cell.L-1) em áreas mais protegidas. A segunda foi considerada por muitos anos na literatura como uma espécie cosmopolita e oportunista, até a descoberta recente de espécies crípticas dentro do gênero, indicando que as populações da Baía da Guanabara requerem revisão taxonômica. Além destas duas espécies, apenas 25 apresentaram alta freqüência de ocorrência e ampla distribuição, algumas relatadas como causadoras de florações nocivas em outros locais. A biodiversidade de dinoflagelados, especialmente dentre os Gymnodiniales, assim como a de outros grupos de flagelados ainda não identificados (Haptophyceae, Cryptophyceae, Prasinophyceae, Raphidophyceae), está subestimada devido ao uso de fixadores que destorcem ou destroem caracteres diagnósticos. Se considerarmos o inventário de espécies mais antigo, uma lista de 124 táxons publicada em 1917, e o incremento no número de espécies desde então, é possível ter a falsa impressão de que a biodiversidade do fitoplâncton da Baía de Guanabara aumentou apesar da crescente eutrofização local. Há dois motivos possíveis: 1) trata-se apenas do reflexo do aprimoramento da capacidade técnica de detectar e identificar as espécies e 2) os efeitos potenciais da eutrofização podem ser melhor percebidos através da análise da estrutura da comunidade, ou seja, quando as tendências espaciais e temporais na abundância das populações (e não apenas no número de espécies) são levadas em consideração.

A toxic cyanobacterial bloom in an urban coastal lake, Rio Grande do Sul state, Southern Brazil / Uma floração de cianobacterias em um lago costeiro urbano, Rio Grande do Sul, Brasil

Reports of cyanobacterial blooms developing worldwide have considerably increased, and, in most cases, the predominant toxins are microcystins. The present study reports a cyanobacterial bloom in Lake Violão, Torres, Rio Grande do Sul State, in January 2005. Samples collected on January 13, 2005, were submitted to taxonomical, toxicological, and chemical studies. The taxonomical analysis showed many different species of cyanobacteria, and that Microcystis protocystis and Sphaerocavum cf. brasiliense were dominant. Besides these, Microcystis panniformis, Anabaena oumiana,Cylindrospermopsis raciborskii, and Anabaenopsis elenkinii f. circularis were also present. The toxicity of the bloom was confirmed through intraperitoneal tests in mice, and chemical analyses of bloom extracts showed that the major substance was anabaenopeptin F, followed by anabaenopeptin B, microcystin-LR, and microcystin-RR.

O número de relatos de ocorrências de florações de cianobactérias em todo o mundo vem aumentando consideravelmente e na maioria desses episódios, as toxinas dominantes são as microcistinas. O presente estudo relata a ocorrência de floração na Lagoa do Violão, município de Torres, RS, em janeiro de 2005. As amostras coletadas em 13/01/2005 foram submetidas a estudos taxonômicos, toxicológicos e químicos. O exame microscópico do fitoplancton mostrou a dominância das espécies Microcystis protocystis e Sphaerocavum cf. brasiliense; foram observadas, também, Microcystis panniformis, Anabaena oumiana,Cylindrospermopsis raciborskii e Anabaenopsis elenkinii f. circularis. A toxicidade da floração foi confirmada através de ensaio intraperitonial em camundongos e a análise química de extratos obtidos da biomassa liofilizada mostrou que a substância majoritária era a anabaenopeptina F, seguida por anabaenopeptina B, microcistina-LR e microcistina-RR.