The influence of castanhão reservoir on nutrient and suspended matter transport during rainy season in the ephemeral Jaguaribe river (CE, Brazil) / Influência do açude Castanhão no transporte de nutrientes e materiais em suspensão durante a estação chuvosa no intermitente rio Jaguaribe (CE, Brasil)

Measurements of nutrient and suspended matter concentrations and loads entering and leaving the Castanhão reservoir during the rainy season were carried out to assess the influence of this large reservoir on land-sea fluvial transport in the ephemeral Jaguaribe river basin. Spatial variation indicated statistically significant attenuation of concentrations only for total phosphorous and suspended matter across the reservoir. Strong retention of nutrients and suspended matter loads by the reservoir was observed with average trapping efficiency of 89% for dissolved silicon, 98% of soluble reactive phosphorus, 71% for ammonium, 87% for total nitrogen, 98% for total phosphorus and 97% for suspended matter compared to the reservoir inflow. The dam operational procedure defined by the ephemeral conditions of the river reduced water releases compared to reservoir inflow and induced strong retention of nutrient and suspended matter loads within the reservoir when fluvial transfer occurs in this semiarid watershed.

Medidas de concentrações e fluxos de nutrientes e material particulado em suspensão de entrada e saída do Açude Castanhão foram efetuadas para determinar a influência de um grande reservatório no transporte fluvial entre o continente e o oceano na bacia hidrográfica intermitente do Rio Jaguaribe. A variação espacial indicou uma atenuação estatisticamente significativa ao longo do reservatório somente para as concentrações de fósforo total e material particulado em suspensão. Os resultados indicam uma forte retenção de nutrientes e do material particulado em suspensão com eficiências de retenção de 89% para sílica dissolvida, 98% para fósforo solúvel reativo, 71% para amônia, 87% para nitrogênio total, 98% para fósforo total e 97% para o material particulado em suspensão em relação aos fluxos de entrada no reservatório. A rotina de operação da barragem definida pela condição intermitente do Rio Jaguaribe reduz a descarga de água comparada com a entrada no reservatório e induz forte retenção do fluxo fluvial de nutrientes e material particulado em suspensão pelo reservatório.

Anthropogenic sources and distribution of phosphorus in sediments from the Jaguaribe River estuary, NE, Brazil / Emissão e distribuição de fósforo de fontes antrópicas no estuário do rio Jaguaribe, Nordeste do Brasil

This paper estimates annual P emission to the Jaguaribe River estuary, NE Brazil, responsible for approximately 30 percent of the country's farmed shrimp production. Emissions increased three times between 2001 and 2006 and reached 43.9 t.year-1. These emissions make aquaculture the third main source of P for this estuary and are much smaller than emissions from agricultural sources and slightly lower than emissions from wastewater. Their relative contribution also increased from 10.5 percent to 20.5 percent. Temporal variability of P concentrations in estuarine bottom sediments also suggest an increase, but not as evident as the emissions. The spatial distribution and speciation of P (total P and inorganic P) in sampling stations located upstream and downstream from the main aquaculture area confirmed the importance of this source. Inorganic P was the dominant form present in sediments downstream and showed an increase from 67 percent to 75 percent of the total P present in the sediment.

É apresentada uma estimativa da emissão anual de P para o estuário do rio Jaguaribe, Ceará, Nordeste do Brasil, área responsável por cerca de 30 por cento da produção total de camarão cultivado no país. As emissões aumentaram por um fator de três entre 2001 e 2006, atingindo 43,9 t.year-1. Essa emissão coloca a aquacultura como a terceira fonte principal de P para esse estuário, sendo bem menor que a emissão de fontes agrícolas e um pouco menor que as emissões por águas servidas. A contribuição relativa da aquacultura também aumentou de 10,5 por cento a 20,5 por cento, no mesmo período. A variação temporal das concentrações de P em sedimentos estuarinos sugere um aumento no período, porém não tão evidente quanto das emissões. A distribuição espacial e a especiação do P (P total e P inorgânico) em estações de coleta localizadas à montante e à jusante da principal área de aquacultura confirmaram a importância desta fonte. O P inorgânico foi a forma dominante presente em sedimentos à jusante e mostrou um aumento de 67 por cento a 75 por cento do total de P presente no sedimento.

Mercury accumulation and metallothionein expression from aquafeeds by Litopenaeus vannamei Boone, 1931 under intensive aquaculture conditions / Acumulação de mercúrio presente em rações e expressão de metalotioneínas em Litopenaeus vannamei Boone, 1931 sob condições de cultivo intensivo

This study describes the accumulation of Hg and metallothionein gene expression in Litopenaeus vannamei Boone, 1931 with aquafeeds as the major source of Hg. Trials were conducted under controlled conditions in experimental tank facilities with high (indoor tanks) and low (outdoor tanks) Hg aquafeeds concentrations. Aquafeeds were the sole source of Hg for the shrimps and concentrations varied from 5.4 to 124 ng.g-1 d.w.. In the three animal fractions analysed; muscle (6,3 - 15,9 ng.g-1); hepatopancreas (5,1 - 22,0 ng.g-1) and exoskeleton (3,0 - 16,2 ng.g-1), Hg concentrations were significantly lower in the outdoor trials submitted to Hg-poor aquafeeds. Maximum shrimp muscle Hg concentrations were low (36.4 ng.g-1 w.w.) relative to maximum permissible concentrations for human consumption and Hg content in muscle and hepatopancreas were significantly correlated with Hg content in aquafeeds. Highest Hg concentrations in the exoskeleton of animals exposed to Hg-richer aquafeed, suggested that a detoxification mechanism is taking place. On the other hand the metallothionein suffered no variation in its relative expression in any of the experiments, meaning that the contact with feed containing the observed Hg concentrations were not sufficient to activate gene transcription. It was not possible, under the experimental design used, to infer Hg effects on the biological performance of the animals.

Este estudo descreve a acumulação de Hg e a expressão gênica de metaloproteínas em Litopenaeus vannamei Boone, 1931 tendo a ração como única fonte de Hg. Os experimentos ocorreram sob condições experimentais controladas comparando-se tanques receptores de rações ricas em Hg (tanques interiores) e pobres em Hg (tanques exteriores). As concentrações de Hg nas rações variaram de 5,4 a 124 ng.g-1 em peso seco. Nas três frações dos animais analisados; músculo (6,3 - 15,9 ng.g-1); hepatopâncreas (5,1 - 22,0 ng.g-1); e exoesqueleto (3,0 - 16,2 ng.g-1), as concentrações de Hg foram significativamente menores nos experimentos em tanques exteriores submetidos a rações com menores teores de Hg. As maiores concentrações de Hg medidas na musculatura dos camarões ao final do experimento (34,6 ng.g-1) foram muito baixas em relação às concentrações legais máximas permitidas para consumo humano e as concentrações em musculatura e hepatopâncreas foram significativamente correlacionadas às concentrações nas rações. As maiores concentrações de Hg medidas no exoesqueleto de animais expostos a rações de maior conteúdo de Hg, sugerem a ocorrência de um mecanismo de detoxificação. Por outro lado, a expressão de metaloproteínas não apresentou variação entre as diferentes concentrações de Hg presentes na ração, sugerindo que a concentração utilizada não foi capaz de induzir a transcrição gênica responsável pela produção de metaloproteínas.

Mercury accumulation and metallothionein expression from aquafeeds by Litopenaeus vannamei Boone, 1931 under intensive aquaculture conditions

This study describes the accumulation of Hg and metallothionein gene expression in Litopenaeus vannamei Boone, 1931 with aquafeeds as the major source of Hg. Trials were conducted under controlled conditions in experimental tank facilities with high (indoor tanks) and low (outdoor tanks) Hg aquafeeds concentrations. Aquafeeds were the sole source of Hg for the shrimps and concentrations varied from 5.4 to 124 ng.g-1 d.w.. In the three animal fractions analysed; muscle (6,3 - 15,9 ng.g-1); hepatopancreas (5,1 - 22,0 ng.g-1) and exoskeleton (3,0 - 16,2 ng.g-1), Hg concentrations were significantly lower in the outdoor trials submitted to Hg-poor aquafeeds. Maximum shrimp muscle Hg concentrations were low (36.4 ng.g-1 w.w.) relative to maximum permissible concentrations for human consumption and Hg content in muscle and hepatopancreas were significantly correlated with Hg content in aquafeeds. Highest Hg concentrations in the exoskeleton of animals exposed to Hg-richer aquafeed, suggested that a detoxification mechanism is taking place. On the other hand the metallothionein suffered no variation in its relative expression in any of the experiments, meaning that the contact with feed containing the observed Hg concentrations were not sufficient to activate gene transcription. It was not possible, under the experimental design used, to infer Hg effects on the biological performance of the animals.

Este estudo descreve a acumulação de Hg e a expressão gênica de metaloproteínas em Litopenaeus vannamei Boone, 1931 tendo a ração como única fonte de Hg. Os experimentos ocorreram sob condições experimentais controladas comparando-se tanques receptores de rações ricas em Hg (tanques interiores) e pobres em Hg (tanques exteriores). As concentrações de Hg nas rações variaram de 5,4 a 124 ng.g-1 em peso seco. Nas três frações dos animais analisados; músculo (6,3 - 15,9 ng.g-1); hepatopâncreas (5,1 - 22,0 ng.g-1); e exoesqueleto (3,0 - 16,2 ng.g-1), as concentrações de Hg foram significativamente menores nos experimentos em tanques exteriores submetidos a rações com menores teores de Hg. As maiores concentrações de Hg medidas na musculatura dos camarões ao final do experimento (34,6 ng.g-1) foram muito baixas em relação às concentrações legais máximas permitidas para consumo humano e as concentrações em musculatura e hepatopâncreas foram significativamente correlacionadas às concentrações nas rações. As maiores concentrações de Hg medidas no exoesqueleto de animais expostos a rações de maior conteúdo de Hg, sugerem a ocorrência de um mecanismo de detoxificação. Por outro lado, a expressão de metaloproteínas não apresentou variação entre as diferentes concentrações de Hg presentes na ração, sugerindo que a concentração utilizada não foi capaz de induzir a transcrição gênica responsável pela produção de metaloproteínas.

Fate of copper in intensive shrimp farms: bioaccumulation and deposition in pond sediments

We present the distribution of Cu in water, sediments and biomass from intensive shrimp (Litopenaeus vannamei Boone, 1931)) farming in northeastern Brazil. The results show no difference in dissolved Cu concentrations between waters entering and leaving the ponds. However, there was a large export of particulate Cu to adjacent environments, showed by extremely high particulate (112 µg.L-1) Cu concentrations in draining waters. Copper concentrations in the bottom sediments of the pond varied with depth from 10 to 20 µg.g-1, being 5 to 7 times higher than the local background. Pond management procedures result in a peculiar vertical distribution of Cu with peak values occurring at sub-surface depths in pond bottom sediments. Bioavailable Cu reaches about 20% of the total Cu content in sediments. Notwithstanding the relatively high Cu bioavailability, concentrations in shrimp muscle (23.2 to 63.4 µg.g-1 d.w.) were similar to reported values for reared and natural L. vannamei populations, and much lower than acceptable maximum limits for human consumption. Concentrations in the exoskeleton were always higher than in muscle. Increasing Cu mass, and to a lesser extent Cu concentrations in muscle tissues, occurred simultaneously to a decrease in Cu mass and concentrations in the exoskeleton and vice versa, suggesting a dynamical exchange of Cu between the two compartments. Although Cu fate in intensive shrimp culture does not result in increasing Cu exposure to consumers, the activity is an important source of this metal to adjacent ecosystems, in particular in the pristine environments where most aquaculture activities in NE Brazil takes place.

Este trabalho apresenta a distribuição de Cu em água, sedimentos e biomassa em uma fazenda de cultivo intensivo do camarão Litopenaeus vannamei Boone, 1931, no Nordeste do Brasil. Os resultados mostraram não haver diferenças entre as concentrações de Cu nas águas afluentes e efluentes da fazenda. Entretanto, foi verificada uma grande exportação de Cu para áreas adjacentes associada ao material em suspensão. Nas águas efluentes, a concentração de Cu particulado atingiu até 112 µg.L-1. Em sedimentos, as concentrações de Cu variaram com a profundidade da coluna sedimentar de 10 a 20 µg.g-1, sendo estes valores de 5 a 7 vezes mais altos que as concentrações naturais dos solos e sedimentos locais. O manejo dos tanques de criação resulta em perfis de distribuição de Cu em sedimentos com maiores concentrações em subsuperfície. A biodisponibilidade do Cu nestes sedimentos é elevada e atinge cerca de 20% da concentração total. Apesar da biodisponibilidade elevada, as concentrações de Cu em músculo do L. vannamei (23.2 a 63.4 µg.g-1 peso seco) são similares aos valores reportados para populações naturais da espécie e em diversos de cultivo em outros países, e estão bem abaixo dos limites máximos permitidos para consumo humano. As concentrações de Cu no exoesqueleto foram maiores que no músculo. Um aumento da massa de Cu em músculo ocorreu simultaneamente à diminuição do Cu no exoesqueleto e vice-versa sugerindo uma troca dinâmica do Cu entre os dois compartimentos. Embora a presença do Cu no cultivo intensivo do L. vannamei não represente exposição significativa para os consumidores, a atividade é fonte importante de Cu para os sistemas aquáticos adjacentes.

Dial organic carbon fluctuations in a mangrove tidal creek in Sepetiba bay, Southeast Brazil

The carbon (C) concentration and flux, as dissolved organic carbon (DOC), particulate organic carbon (POC) and macrodetritus (MD), were quantified through 4 tidal cycles in a mangrove tidal creek in Southeastern Brazil. DOC was the major fraction of the total C concentration, accounting for 68 and 61% of the total C concentration during ebb and flood periods respectively. Concentrations of DOC (Ebb = 3,41 ± 0,57 mgC.L-1 and Flood = 3,55 ± 0,76 mgC.L-1) and POC (Ebb = 1,73 ± 0,99 mgC.L-1 and Flood = 1,28 ± 0,45 mgC.L-1) were relatively similar during the four tidal cycles. Macrodetritus presented a wide variation with concentration peaks probably related to external forces, such as winds, which enrich the ebb flow with leaf litter. DOC and POC fluxes depended primarily on tidal and net water fluxes, whereas MD fluxes were not. The magnitude of the DOC and POC fluxes varied with the area flooded at high tide, but not the MD fluxes. DOC was the major form of carbon export to Sepetiba Bay. During the four tidal cycles, the forest exported a total of 1,2 kg of organic carbon per ha, mostly as DOC (60%), followed by POC (22%) and MD (18%).

As concentrações e fluxos de carbono orgânico sob forma de carbono orgânico dissolvido (COD), carbono orgânico particulado (COP) e macrodetritos (MD) foram quantificadas durante 4 ciclos de maré em canal de maré na Floresta Experimental de Itacuruçá, Baía de Sepetiba, RJ, litoral sudeste do Brasil. COD foi a fração mais importante para a concentração total de carbono orgânico, contribuindo com 68 e 61% da concentração total de C nos períodos de maré vazante e enchente, respectivamente. As concentrações de COD (vazante = 3.41 ± 0.57 mgC.L-1 e enchente = 3.55 ± 0.76 mgC.L-1) e COP (vazante = 1.73 ± 0.99 mgC.L-1 e enchente = 1.28 ± 0.45 mgC.L-1) foram similares durante os 4 ciclos de maré. A fração macrodetritos apresentou uma ampla variabilidade com máximos de concentração relacionados a fatores externos como ventos, que enriqueceram as águas de vazante com macrodetritos. A magnitude dos fluxos de COD e COP, mas não os de macrodetritos, relacionaram-se com os fluxos de água e a conseqüente área inundada pela maré. A fração COD foi a mais importante forma de exportação de carbono orgânico pelo manguezal. Durante os 4 ciclos monitorados, a floresta exportou um total de 1.2 kg de carbono orgânico, 60% sob forma de COD, seguido pelo COP (22%) e pela fração macrodetritos (18%).

Total-Hg and organic-Hg in Cephalopholis fulva (Linnaeus, 1758) from inshore and offshore waters of NE Brazil

To investigate whether source proximity or bioavailability is the major factor controlling both Hg concentration and Hg speciation in marine fishes, total- and organic-Hg content in muscle and liver tissues from different populations of Cephalopholis fulva (piraúna) from inshore and offshore waters of the Brazilian northeastern coast were analyzed. Average total-Hg in muscle (104 ng.g-1 w.w.) and liver (2,865 ng.g-1 w.w.) tissues, as well as organic-Hg concentrations in muscle (169 ng.g-1 w.w.) and liver (1,038 ng.g-1 w.w.), were much higher in the offshore population of C. fulva than in the inshore ones. In the inshore population total-Hg and organic-Hg average concentrations in muscle tissue were similar and reached only 49 ng.g-1 w.w., while in liver they reached 412 ng.g-1 w.w. for total-Hg and 180 ng.g-1 w.w., for organic-Hg. Concentrations of both Hg species in the two populations were higher in liver than in muscle. The average percentage contribution of organic-Hg to the total Hg content was higher in muscle (98-100%) than in liver (42-53%), but similar between the two populations. Total-Hg and organic-Hg concentrations in muscle and liver from the offshore population showed significant (P 0.05) positive correlation with fish length. However, in the inshore population only the total-Hg and organic-Hg in muscle tissues correlate significantly with fish size. Although the coastal environments are enriched in total Hg relative to open waters, the significant higher Hg concentrations in the offshore population of C. fulva and the significant correlation found between organic-Hg in liver with fish size suggest higher bioavailability of Hg in offshore waters relative to inshore ones.

As concentrações de Hg-total e Hg-orgânico foram determinadas em diferentes populações de Cephalopholis fulva (piraúna) capturadas em águas costeiras e em bancos oceânicos do litoral nordeste do Brasil. A comparação entre as duas populações permitiu investigar o efeito da proximidade de fontes sobre as concentrações, e a especiação de Hg em músculo e fígado desta espécie. As concentrações médias de Hg-total em músculo (104 ng.g-1 w.w.) e fígado (2,865 ng.g-1 w.w.), assim como as concentrações de Hg-orgânico em músculo (169 ng.g-1 w.w.) e fígado (1,038 ng.g¹ w.w.) foram muito maiores na população capturada nos bancos oceânicos do que na população costeira. Nesta, as concentrações médias de Hg-total e Hg-orgânico na musculatura de C. fulva foram similares e baixas (49 ng.g-1 w.w.), enquanto que atingiram 412 ng.g-1 w.w. de Hg-total e 180 ng.g-1 w.w. de Hg-orgânico no fígado destes animais. As concentrações das duas espécies de Hg foram significativamente maiores no fígado do que na musculatura. A contribuição percentual média de Hg-orgânico para a concentração total de Hg nos peixes foi maior para músculo (98-100 %) que para fígado (42-53 %), mas semelhante entre as duas populações. As concentrações de Hg-total e Hg-orgânico na musculatura e no fígado de C. fulva mostraram-se positivamente correlacionadas com o tamanho do animal (P 0,05). Entretanto, na população costeira somente as concentrações destas espécies de Hg na musculatura apresentaram correlações significativas com o tamanho do animal. Embora o ambiente costeiro seja relativamente enriquecido em Hg, em relação aos bancos oceânicos, as maiores concentrações de Hg foram verificadas na população oceânica de C. fulva. A correlação significativa entre Hg-orgânico no fígado e tamanho do animal no fígado sugerem uma maior biodisponibilidade do Hg em águas oceânicas quando comparada às águas costeiras.