Ecotoxicological assessment of sediments from the Santos and São Vicente estuarine system- Brazil

Cesar, Augusto; Pereira, Camilo Dias Seabra; Santos, Aldo Ramos; Abessa, Denis Moledo de Sousa; Fernández, Nuria; Choueri, Rodrigo Brasil; DelValls, Tomaz Angel

Abstracts

Sediments represent an important repository of pollutants and a source of contamination for the aquatic food web. Toxicity tests using amphipods as test-organisms have been employed in the assessment of marine and estuarine sediments, together with chemical analyses. The present work aimed to evaluate the quality of sediments from six stations situated in the Santos and São Vicente Estuarine and Harbour System (São Paulo - Brazil) using acute whole sediment toxicity tests with amphipods (Tiburonella viscana) and chemical analyses of metals, PCB's, and PAH's. Other sediment parameters, such as organic carbon and grain size distribution were also analysed. Higher contamination levels were observed in the internal portion of the estuary, where Santos harbour and the industrial zone are located. The toxicity tests showed significant adverse results for most of the samples tested, and the sediments from the internal portion of the estuary presented the highest toxicity. The principal component analyses (PCA) indicated a close relationship between sediment contamination and toxicity. Positive correlation of these factors in the samples studied was used to establish the ranges of the chemical concentrations associated with adverse effects. Such ranges allowed the estimation of preliminary effect threshold values for sediment contamination, by means of multivariate analysis. These suggested values are: Cu, 69.0; Pb, 17.4; Zn, 73.3 (mg.kg-1); PAHs, 0.5 (mg.kg-1) and PCBs, 0.1 (µg.kg-1).

Toxicity tests; Contamination; Multivariate analysis; Sediment quality values; Santos and São Vicente Estuarine System

O sedimento representa um importante depósito de contaminantes e uma fonte de contaminação para a cadeia alimentar aquática. Testes de toxicidade usando anfípodos como organismos-teste são empregados para avaliar sedimentos marinhos e estuarinos, juntamente com análises químicas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade de sedimentos de seis estações situadas no Sistema Estuarino e Portuário de Santos e São Vicente (São Paulo-Brasil), usando testes de toxicidade aguda com sedimento com anfípodos (Tiburonella viscana) e análises químicas de metais, PCB, e PAH. Outros parâmetros do sedimento foram analisados, como carbono orgânico e granulometria. Foram observados níveis de contaminação mais altos na porção interna do estuário onde se localiza o Porto de Santos e a zona industrial. Os testes de toxicidade mostraram resultados adversos significantes para a maioria das amostras testadas, e os sedimentos da porção interna do estuário apresentaram toxicidade mais alta. As análises de componentes principais indicaram uma relação forte entre contaminação do sedimento e toxicidade. As correlações positivas destes fatores nas amostras estudadas foram usadas para estabelecer os pesos das concentrações químicas que estão associadas com os efeitos adversos. Tais análises permitiram estimar valores limiares de efeito para a contaminação de sedimento através de análises multivariadas, identificando os contaminantes associados com o efeito biológico. Estes valores sugeridos são: Cu, 69.0; Pb, 17.4; Zn, 73.3(mg.kg-1); PAHs, 0.5 (mg.kg-1) e PCBs, 0.1 (µg.kg-1).

Testes de toxicidade; análises multivariadas; Valores de qualidade de sedimento; Sistema Estuarino de Santos e São Vicente

Abessa, D. M. S.; Sousa, E. C. P. M.; Rachid, B. R. F. & Mastroti, R. R. 1998. Use of the burrowing amphipod Tiburonella viscana as tool in marine sediment contaminantion assessment. Braz. arch. biol. technol., 41:225-230.
Abessa, D. M. S.; Sousa, E. C. P. M.; Rachid, B. R. F. & Mastroti, R. R. 2001. Sediment toxicity in Santos estuary, SP-Brazil: preliminary results. Ecotox. Environ. Rest., 4:6-9.
Abessa, D. M. S.; Carr, R. S.; Rachid, B. R. F.; Sousa, E. C. P. M.; Hortelani, M. A. & Sarkis, J. E. 2005. Influence of a Brazilian sewage outfall on the toxicity and contamination of adjacent sediments. Mar. pollut. Bull., 50:875-885.
APHA - American Public Health Association, American Water Works Association, and Water Pollution Control Federation. 1992. Standard Methods 18^thed. Washington, American Public Health Association.
American Society for Testing and Materials. 1997. Standard guide for conducting 10-day static sediment toxicity tests with marine and estuarine amphipods. E1367-92. In: Annual Book of ASTM Standards, Vol. 11.05. Philadelphia, PA. p. 731-756.
Boldrini, C. V. & Navas-Pereira, D. 1987. Metais pesados na Baía de Santos e Estuários de Santos e São Vicente: Bioacumulação. Ambiente, 1(3):118-127.
Brazil. Resolução CONAMA N° 344, de 25 de março de 2004. Estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras, e dá outras providências. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF.
Buchanan, J. B. 1984. Sediment analysis. In: Holme N. A. & Mcintyre, A. D. eds. Methods for the study of marine benthos. Cambridge, Blackwell. p. 41-65.
Burton Jr, G. A. 1992. Assessing contaminated aquatic sediments. Environ. Sci. Technol., 26:1862-1875.
Carr, R. S.; Long, E. R.; Windom, H. L.; Chapman, D. C.; Thursby, G.; Sloane, G. M. & Wolf, D. A. 1996. Sediment quality assessment studies of Tampa Bay, Florida. Environ. Toxicol. Chem., 15: 1218-1231.
Cesar, A.; Marín, A.; Vita, R. & Marín-Guirao, L. 2000. Test de toxicidad con sedimento marino en la costa Mediterránea empleando anfípodos: Gammarus aequicauda y Microdeutopus gryllotalpa. In: Espíndola, G.; Paschoal; R.; Rocha, O.; Bohrer, C. & Neto, L. eds. Ecotoxicologia: Perspectivas para o século XXI. São Carlos, Rima. p. 17-27.
CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental. 1985. Baixada Santista - Memorial Descritivo. Carta do Meio Ambiente e de sua dinâmica. Relatório Técnico. 33 p.
Del Valls, T. A.; Forja, J. M. & Gómez-Parra, A. 1998. Integrated assessment of sediment quality in two littoral ecosystems of the gulf of Cádiz, Spain. Environ. Toxicol. Chem., 17:1073-1084.
El Rayis, O. A. 1985. Re-assessment of the titration method for determination of organic carbon in recent sediment. Rapp Comm. Int .Mediterr., 29:45-47.
Fúlfaro, V. J.; Requejo, C. S.; Landim, P. M. B. & Fúlfaro, R. 1983. Distribuição de elementos metálicos nos sedimentos da Baía de Santos, SP. In: Simpósio Regional de Geologia, 4. São Paulo, 1983. Atas. São Paulo, Sociedade Brasileira de Geologia. p. 275-289.
Gannon, J. E. & Beeton, A. M. 1971. Procedures for determining the effects of dredge sediments on biota - benthos viability and sediment selectivity tests. J. Wat. Pollut. Control. Fed., 43:392-389.
Gulley, D.; Boelter, A. M. & Bergman, H. L. 1991. TOXSTAT® Computer Program, Version 3.3. Laramie, WY. University of Wyoming.
Hunt, J. W.; Anderson, B. S.; Phillips, B. M.; Tjeerdema, R. S.; Taberski, K. M.; Wilson, C. J.; Puckett, H. M.; Stephenson, M.; Fairey, R. & Oakden, J. 2001a. A large-scale categorization of sites in San Francisco Bay, USA, based on the sediment quality triad, toxicity identification evaluations, and gradient studies. Environ. Toxicol. Chem., 20:1252-1265.
Hunt, J. W.; Anderson, B. S.; Phillips, B. M.; Newman, J.; Tjeerdema, R. S.; Fairey, R.; Puckett, H. M.; Stephenson, M.; Smith, R. W.; Wilson, C. J. & Taberski, K. M. 2001b. Evaluation and use of sediment toxicity reference sites for statistical comparisons in regional assessments. Environ Toxicol. Chem., 20:1266-1275.
Lamparelli, M. L.; Costa, M. P.; Prósperi, V. A.; Bevilácqua, J. E.; Araújo, R. P. A.; Eysink, G. G. L. & Pompeia, S. 2001. Sistema Estuarino de Santos e São Vicente. Relatório Técnico. São Paulo, CETESB. 178 p.
Loring, D. H. & Rantala, R. T. T. 1992. Manual for the geochemical analyses of marine sediments and suspended particulate matter. Earth. Sci. Rev., 32:235-283.
Medeiros, P. M. & Bícego, M. C. 2004. Investigation of natural and anthropogenic hydrocarbon inputs in sediments using geochemical markers. I. Santos, SP--Brazil. Mar. pollut. Bull., 49:761-769.
Melo, S. L. R. & Abessa, D. M. S. 2002. Testes de toxicidade com sedimentos marinhos utilizando anfípodos. In: Nascimento, I. A.; Sousa, E. C. P. M. & Nipper, M. G. eds. Métodos em ecotoxicologia marinha: aplicações no Brasil. São Paulo: Artes Gráficas e Indústria Ltda. p. 163-178.
Nipper, M. G.; Prósperi, V. A. & Zamboni, A. J. 1993. Toxicity testing with coastal species of southeastern Brazil. Echinoderm sperm and embryos. Environ. Contamin. Toxicol., 50:646-652.
Riba, I.; Casado-Martinez, C.; Forja, J. M. & DelValls, T. A. 2004. Sediment quality in the Atlantic coast of Spain. Environ. Contamin. Toxicol., 23:271-282.
Swartz, R. C.; DeBen, W. A.; Sercu, K. A. & Lamberson, J. O. 1982. Sediment toxicity and the distribution of the amphipods in Commencement Bay, Washington, USA. Mar. Pollut. Bull., 13:359-364.
Tabachnic, B. G. & Fidell, L. S. 1996. Using multivariate statistics. New York, Harper Collins, College Publishers.
U.S. Environmental Protection Agency. 1994. Methods for assessing the toxicity of sediment-associated contaminants with estuarine and marine amphipods. EPA-600-R-94-025. Washington, DC, 20460.
Weber, R. R. & Bícego, M. C. 1987. Distribuição e origem dos hidrocarbonetos parafínicos de sedimentos de superfície da costa do Estado de São Paulo entre Ubatuba e Cananéia. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira. Águas de Lindóia, SP., 1987. Anais. São Paulo, ACIESP, 2:307.336.
Abessa, D. M. S. 2002. Avaliação da Qualidade de Sedimentos do Sistema Estuarino de Santos, SP, Brasil. Phd. Thesis. Universidade de São Paulo, Instituto Oceanográfico. São Paulo. 290p.
Rachid, B. R. F. 2002. Avaliação ecotoxicológica dos efluentes domésticos lançados pelos sistemas de disposição oceânica da Baixada Santista. Phd. Thesis. Universidade de São Paulo, Instituto Oceanográfico. São Paulo. 286p.

Publication Dates

Publication in this collection
24 Oct 2007
Date of issue
Mar 2006

History

Accepted
02 Feb 2006
Reviewed
19 Nov 2005
Received
09 Aug 2005

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

[1] Abessa, D. M. S.; Sousa, E. C. P. M.; Rachid, B. R. F. & Mastroti, R. R. 1998. Use of the burrowing amphipod Tiburonella viscana as tool in marine sediment contaminantion assessment. Braz. arch. biol. technol., 41:225-230.

[2] Abessa, D. M. S.; Sousa, E. C. P. M.; Rachid, B. R. F. & Mastroti, R. R. 2001. Sediment toxicity in Santos estuary, SP-Brazil: preliminary results. Ecotox. Environ. Rest., 4:6-9.

[3] Abessa, D. M. S.; Carr, R. S.; Rachid, B. R. F.; Sousa, E. C. P. M.; Hortelani, M. A. & Sarkis, J. E. 2005. Influence of a Brazilian sewage outfall on the toxicity and contamination of adjacent sediments. Mar. pollut. Bull., 50:875-885.

[4] APHA - American Public Health Association, American Water Works Association, and Water Pollution Control Federation. 1992. Standard Methods 18^thed. Washington, American Public Health Association.

[5] American Society for Testing and Materials. 1997. Standard guide for conducting 10-day static sediment toxicity tests with marine and estuarine amphipods. E1367-92. In: Annual Book of ASTM Standards, Vol. 11.05. Philadelphia, PA. p. 731-756.

[6] Boldrini, C. V. & Navas-Pereira, D. 1987. Metais pesados na Baía de Santos e Estuários de Santos e São Vicente: Bioacumulação. Ambiente, 1(3):118-127.

[7] Brazil. Resolução CONAMA N° 344, de 25 de março de 2004. Estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras, e dá outras providências. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF.

[8] Buchanan, J. B. 1984. Sediment analysis. In: Holme N. A. & Mcintyre, A. D. eds. Methods for the study of marine benthos. Cambridge, Blackwell. p. 41-65.

[9] Burton Jr, G. A. 1992. Assessing contaminated aquatic sediments. Environ. Sci. Technol., 26:1862-1875.

[10] Carr, R. S.; Long, E. R.; Windom, H. L.; Chapman, D. C.; Thursby, G.; Sloane, G. M. & Wolf, D. A. 1996. Sediment quality assessment studies of Tampa Bay, Florida. Environ. Toxicol. Chem., 15: 1218-1231.

[11] Cesar, A.; Marín, A.; Vita, R. & Marín-Guirao, L. 2000. Test de toxicidad con sedimento marino en la costa Mediterránea empleando anfípodos: Gammarus aequicauda y Microdeutopus gryllotalpa. In: Espíndola, G.; Paschoal; R.; Rocha, O.; Bohrer, C. & Neto, L. eds. Ecotoxicologia: Perspectivas para o século XXI. São Carlos, Rima. p. 17-27.

[12] CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental. 1985. Baixada Santista - Memorial Descritivo. Carta do Meio Ambiente e de sua dinâmica. Relatório Técnico. 33 p.

[13] Del Valls, T. A.; Forja, J. M. & Gómez-Parra, A. 1998. Integrated assessment of sediment quality in two littoral ecosystems of the gulf of Cádiz, Spain. Environ. Toxicol. Chem., 17:1073-1084.

[14] El Rayis, O. A. 1985. Re-assessment of the titration method for determination of organic carbon in recent sediment. Rapp Comm. Int .Mediterr., 29:45-47.

[15] Fúlfaro, V. J.; Requejo, C. S.; Landim, P. M. B. & Fúlfaro, R. 1983. Distribuição de elementos metálicos nos sedimentos da Baía de Santos, SP. In: Simpósio Regional de Geologia, 4. São Paulo, 1983. Atas. São Paulo, Sociedade Brasileira de Geologia. p. 275-289.

[16] Gannon, J. E. & Beeton, A. M. 1971. Procedures for determining the effects of dredge sediments on biota - benthos viability and sediment selectivity tests. J. Wat. Pollut. Control. Fed., 43:392-389.

[17] Gulley, D.; Boelter, A. M. & Bergman, H. L. 1991. TOXSTAT® Computer Program, Version 3.3. Laramie, WY. University of Wyoming.

[18] Hunt, J. W.; Anderson, B. S.; Phillips, B. M.; Tjeerdema, R. S.; Taberski, K. M.; Wilson, C. J.; Puckett, H. M.; Stephenson, M.; Fairey, R. & Oakden, J. 2001a. A large-scale categorization of sites in San Francisco Bay, USA, based on the sediment quality triad, toxicity identification evaluations, and gradient studies. Environ. Toxicol. Chem., 20:1252-1265.

[19] Hunt, J. W.; Anderson, B. S.; Phillips, B. M.; Newman, J.; Tjeerdema, R. S.; Fairey, R.; Puckett, H. M.; Stephenson, M.; Smith, R. W.; Wilson, C. J. & Taberski, K. M. 2001b. Evaluation and use of sediment toxicity reference sites for statistical comparisons in regional assessments. Environ Toxicol. Chem., 20:1266-1275.

[20] Lamparelli, M. L.; Costa, M. P.; Prósperi, V. A.; Bevilácqua, J. E.; Araújo, R. P. A.; Eysink, G. G. L. & Pompeia, S. 2001. Sistema Estuarino de Santos e São Vicente. Relatório Técnico. São Paulo, CETESB. 178 p.

[21] Loring, D. H. & Rantala, R. T. T. 1992. Manual for the geochemical analyses of marine sediments and suspended particulate matter. Earth. Sci. Rev., 32:235-283.

[22] Medeiros, P. M. & Bícego, M. C. 2004. Investigation of natural and anthropogenic hydrocarbon inputs in sediments using geochemical markers. I. Santos, SP--Brazil. Mar. pollut. Bull., 49:761-769.

[23] Melo, S. L. R. & Abessa, D. M. S. 2002. Testes de toxicidade com sedimentos marinhos utilizando anfípodos. In: Nascimento, I. A.; Sousa, E. C. P. M. & Nipper, M. G. eds. Métodos em ecotoxicologia marinha: aplicações no Brasil. São Paulo: Artes Gráficas e Indústria Ltda. p. 163-178.

[24] Nipper, M. G.; Prósperi, V. A. & Zamboni, A. J. 1993. Toxicity testing with coastal species of southeastern Brazil. Echinoderm sperm and embryos. Environ. Contamin. Toxicol., 50:646-652.

[25] Riba, I.; Casado-Martinez, C.; Forja, J. M. & DelValls, T. A. 2004. Sediment quality in the Atlantic coast of Spain. Environ. Contamin. Toxicol., 23:271-282.

[26] Swartz, R. C.; DeBen, W. A.; Sercu, K. A. & Lamberson, J. O. 1982. Sediment toxicity and the distribution of the amphipods in Commencement Bay, Washington, USA. Mar. Pollut. Bull., 13:359-364.

[27] Tabachnic, B. G. & Fidell, L. S. 1996. Using multivariate statistics. New York, Harper Collins, College Publishers.

[28] U.S. Environmental Protection Agency. 1994. Methods for assessing the toxicity of sediment-associated contaminants with estuarine and marine amphipods. EPA-600-R-94-025. Washington, DC, 20460.

[29] Weber, R. R. & Bícego, M. C. 1987. Distribuição e origem dos hidrocarbonetos parafínicos de sedimentos de superfície da costa do Estado de São Paulo entre Ubatuba e Cananéia. In: Simpósio de Ecossistemas da Costa Sul e Sudeste Brasileira. Águas de Lindóia, SP., 1987. Anais. São Paulo, ACIESP, 2:307.336.

[30] Abessa, D. M. S. 2002. Avaliação da Qualidade de Sedimentos do Sistema Estuarino de Santos, SP, Brasil. Phd. Thesis. Universidade de São Paulo, Instituto Oceanográfico. São Paulo. 290p.

[31] Rachid, B. R. F. 2002. Avaliação ecotoxicológica dos efluentes domésticos lançados pelos sistemas de disposição oceânica da Baixada Santista. Phd. Thesis. Universidade de São Paulo, Instituto Oceanográfico. São Paulo. 286p.