O excesso de nitrogênio é uma grande ameaça à qualidade da água nas águas costeiras em todo o mundo. Encontrado em águas residuais tratadas, fertilizantes agrícolas e de gramado e exaustão de combustão, ele alimenta a proliferação de algas que sombreiam as gramíneas submersas e sugam o oxigênio da água quando morrem e se apodrecem.

Um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Ciências Marinhas da William &Mary na Virgínia fornece evidências adicionais de que a água residual de uma planta de processamento de aves tem um impacto particularmente significativo na qualidade da água e na ciclagem de nutrientes. Isso porque ele contém não apenas muito nitrogênio, mas antibióticos e subprodutos do processo que as plantas usam para tratar suas águas residuais. Acredita-se que esses subprodutos inibam o crescimento e a atividade de micróbios que, de outra forma, ajudariam a remover o nitrogênio dos riachos antes que ele pudesse entrar nos sistemas costeiros.

Os pesquisadores, VIMS Ph.D. o aluno Miguel Semedo e o professor Bongkeun Song, dizem que seu estudo é o primeiro a avaliar os impactos da indústria avícola na qualidade da água e na ciclagem de nutrientes usando genética, técnicas microbianas e de sensoriamento remoto. Os resultados de seu trabalho aparecem na edição de janeiro da Ciência e Tecnologia Ambiental . O estudo foi financiado pelo Programa Fulbright e pela bolsa de pós-graduação de Semedo da Virginia Sea Grant.

Micróbios e desnitrificação

Os micróbios removem o nitrogênio dos ecossistemas aquáticos por meio de um processo denominado desnitrificação. "Os micróbios realizam uma série de funções do ecossistema, "diz Semedo, é agora investigador de pós-doutoramento no Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental da Universidade do Porto (CIIMAR) em Matosinhos, Portugal. "A desnitrificação é uma das mais vitais, pois tem o potencial de remover o excesso de nitrogênio do sistema. "

Micróbios desnitrificantes têm genes únicos que controlam o processo de desnitrificação, uma série de etapas que transforma nitrato e nitrito - formas inorgânicas de nitrogênio encontradas em águas residuais - em formas gasosas, como óxido nítrico, óxido nitroso e dinitrogênio. Os últimos compostos são inutilizáveis ​​pela maioria dos organismos e, portanto, contribuem pouco ou nada para a fertilização excessiva das águas costeiras.

Campo de estudos

Semedo e Song conduziram o estudo em dois riachos de maré na costa leste da Virgínia - um com uma planta de processamento de aves em suas cabeceiras e outro sem. Os riachos drenam para as lagoas costeiras que se encontram entre o continente da Península de Delmarva e suas ilhas barreira ao largo da costa.

O par mediu os níveis de nitrogênio nas cabeceiras, meio, e foz de cada riacho em quatro ocasiões entre novembro de 2016 e setembro de 2017. Eles também coletaram amostras de sedimentos para análises laboratoriais no VIMS, já que micróbios desnitrificantes geralmente vivem em lamas no fundo do riacho. No laboratório, eles identificaram as espécies de micróbios presentes, observou que continha os genes conhecidos por controlar a desnitrificação e sujeitou os micróbios do riacho "controle" não contaminado à água do riacho impactado por efluentes de aves domésticas.

Os resultados de campo mostraram evidências claras de que os níveis de nitrogênio eram mais altos no riacho contaminado.

"Os níveis de nitrato nas águas do fundo do riacho impactado foram significativamente maiores do que aqueles no riacho de referência em todas as estações na maioria das estações, "diz Song.

"Na média, "acrescenta Semedo, "os níveis de nitrato no riacho impactado foram 34 vezes maiores na estação das cabeceiras, 47 vezes mais alto no meio do caminho, e 23 vezes mais alto perto da boca. "

Embora as concentrações de nitrato no riacho impactado tenham diminuído com o aumento da distância do local de descarga da planta, a taxa com que o fizeram (remoção de 33% por quilômetro) foi muito menor do que no riacho de referência (70% por km).

Experimentos de incubação e análises genéticas

Os resultados de laboratório da dupla apoiaram os estudos de campo, e ajudou a esclarecer as causas da desnitrificação reduzida.

“Quando incubamos sedimentos do riacho controle com água do riacho contaminado por 24 horas, as taxas de desnitrificação diminuíram 93%, "diz Semedo." Portanto, parece que alguma combinação de níveis elevados de nitrogênio e subprodutos de águas residuais está inibindo a remoção de nitrogênio na água e nos sedimentos do riacho contaminado. "

Os estudos genéticos de Semedo e Song revelaram que a menor abundância de genes desnitrificantes ocorreu em amostras do riacho impactado, mais próximo da descarga da planta de processamento. Esse padrão ocorreu ao longo do ano. A abundância bacteriana total seguiu a mesma tendência.

"Geral, "diz Song, "a abundância de genes de desnitrificação no riacho impactado seguiu uma tendência clara, com as menores abundâncias perto da planta de processamento, e maiores abundâncias na estação a jusante, mais longe da planta de processamento. Não vimos essa tendência no riacho de controle. "

"A estação de cabeceira no riacho impactado está claramente separada da estação de cabeceira no riacho de controle e todas as outras amostras, "diz Semedo, 'indicando que há uma comunidade bacteriana muito distinta perto da descarga de águas residuais da planta de processamento. E todas as classes dominantes de bactérias que estavam ausentes no local da cabeceira do riacho impactado são conhecidas por carregar um ou dois genes de desnitrificação. "

Suporte adicional de imagens de satélite

Suporte adicional para suas descobertas vem das diferenças na abundância de clorofila-a nas águas das lagoas costeiras próximas, conforme estimado por imagens de satélite. Este pigmento fotossintético é um indicador do crescimento de algas.

“As concentrações de clorofila-a abaixo da foz do riacho impactado foram sempre maiores do que aquelas abaixo da foz do riacho controle, "diz Semedo. As concentrações médias de clorofila-a variaram de 5,8 a 16,1 microgramas por litro na lagoa abaixo do riacho impactado, em comparação com 1,8-5,2 μg / L para o riacho de controle.

Embora conduzido em um único par de riachos que alimentam lagoas à beira-mar, A análise de Semedo e Song tem implicações mais amplas para a qualidade da água e gestão de efluentes na Baía de Chesapeake, os Estados Unidos e o mundo. Um novo aluno de pós-graduação no laboratório de Song planeja conduzir um estudo de acompanhamento para examinar como a expansão dos aviários pode impactar a qualidade da água nos riachos da costa leste. No condado de Accomack, onde os riachos estudados estão localizados, 254 aviários estavam em operação em 2014, com 245 novas casas autorizadas desde então. Destes, 218 foram construídos em fevereiro de 2019, e 11 deles foram permitidos em 2018.

Um estudo preliminar conduzido em 2018 por pesquisadores do Laboratório da Costa Leste da VIMS em Wachapreague não encontrou impactos do escoamento de águas pluviais em bacias hidrográficas com operações de cultivo de aves recém-construídas. Esse estudo está em andamento. Com os novos regulamentos exigindo controles de águas pluviais e gerenciamento de lixo, as instalações mais novas devem ter menos impacto do que no passado.

A península de Delmarva - com 56 riachos drenando em lagoas costeiras e na Baía de Chesapeake - tem a maior concentração de frangos de corte por área de cultivo nos EUA. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA estima que de 1, 186 processadores de aves em todo o país, 108 (9,1%) descarregam águas residuais tratadas diretamente nas águas superficiais dos lagos, rios e oceanos.