miércoles, 3 de septiembre de 2014

Influencia de los metales traza en la reciente distribución de foraminíferos bentónicos en el estuario del Pearl River.

Este trabajo analiza la distribución de los metales traza y foraminíferos bentónicos en el estuario del Río de las Perlas y estudia la influencia de los parámetros ambientales sobre el total de asociaciones de foraminíferos bentónicos. . Los resultados indican que los patrones de distribución de Co, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn están fuertemente relacionados con el comportamiento de la fracción de arcilla sedimentaria y se dispersan con material sedimentario, mientras que Ba, Sr, V y Zr siguen tendencias bien diferenciadas. Los análisis de la abundancia de las especies y la diversidad de la comunidad, así como el análisis de redundancia canónica posterior, se llevaron a cabo para mostrar la relación entre los datos de foraminíferos y parámetros ambientales. Este estudio indica que los foraminíferos bentónicos pueden ser utilizados como un bioindicador de los contaminantes de metales traza en el estuario del río Perla y los resultados de promover una mejor comprensión de la respuesta de los foraminíferos bentónicos a la contaminación inducida por el hombre en los estuarios.

1.       Introducción

 Los metales traza son unos de los contaminantes ambientales mas comunes. Una vez liberados, estos elementos entran en la circulación hidrológica y finalmente son depositados en sedimentos marinos. Los foraminíferos bentónicos son una poderosa herramienta para el análisis y evaluación de los ambientes marinos recientes y antiguos debido a su pequeño tamaño, abundancia y pruebas bien conservadas.

El estuario del Pearl River(PRE) y alrededores son una de las regiones más rápido desarrollo en China. Con un crecimiento económico masivo y el desarrollo urbano en la región desde la década de 1970, el vertido de residuos en el medio ambiente costero adyacente a estuarios se ha convertido en un grave problema, y ​​ha dado lugar a un aumento significativo del rastreo de la contaminación por metales.

El análisis más detallado de los foraminíferos bentónicos en el PRE fue reportado por Li (1985) en un estudio que incluyó el examen de 209 muestras al azar y dio lugar a la creación de tres asociaciones principales.

La presente investigación tiene como objetivo (1) identificar los patrones de distribución de las asociaciones de foraminíferos bentónicos en el PRE, (2) revelar la relación entre la distribución espacial de metales traza y la dispersión de material sedimentario, (3) estudiar la varianza de asociaciones de foraminíferos con respecto a las variables ambientales disponibles, y (4) mejorar nuestra comprensión de la influencia de los metales traza en las especies de foraminíferos bentónicos y distribución de encaje en el PRE.

2.       Área de estudio

El Río de las Perlas es el mayor sistema de ríos que desembocan en el Mar del Sur de China y consiste en tres principales afluentes: West River, North River y el East River.
El área de estudio se encuentra en el PRE y su plataforma continental adyacente. Esta zona se extiende desde Longxue Island a las Islas Jiapeng, cubriendo un área de aproximadamente 5 × 103 km2, y las profundidades de agua van desde 2m hasta 50m (Fig. 1b).
Las interacciones del caudal de los ríos, las corrientes de marea, y la morfología de la cuenca determinan el tipo de circulación en la zona del estuario.
El patrón de distribución de la corriente media en el PRE se produce en forma de una circulación en sentido contrario, y la intrusión marina domina el lado oriental, mientras que la descarga de los ríos prevalece en la mitad occidental.
3.       Materiales y métodos

a.       Muestreo de sedimentos

El sonar del barco se utilizó para medir la profundidad del agua, y se utilizó un sistema de posicionamiento global diferencial (DGPS) para localizar los sitios. Las muestras de sedimentos superficiales se recogieron en los lugares seleccionados. Sólo la parte superior ~ 5 cm de sedimentos se conservó para su análisis.

b.      Análisis de los foraminíferos

Estudios previos que abordan el impacto de los contaminantes sobre las asociaciones de foraminíferos que han utilizado uniones de foraminíferos vivos y muertos, aunque se han encontrado diferencias significativas entre los conjuntos. Aparte de las variaciones estacionales, el total (los vivos más los muertos), de asociaciones de foraminíferos presentan picos suaves posiblemente causados por  cambios ambientales ocasionales y de corta vida y por lo tanto tienen una capacidad de seguimiento a largo plazo.

Basado en los núcleos de  210Pb de sedimento fechados, estimaron que la tasa de sedimentación promedio es de aproximadamente 2,5 cm/año en el PRE, y cada muestra tomada al azar (5 cm de espesor) representa la acumulación de sedimentos durante aproximadamente dos años o un período más largo.

Por lo tanto, este estudio considera los conjuntos totales (los vivos más los muertos) como bioindicadores de contaminación por metales traza en el pasado.

c.       Metales traza y el análisis de carbono orgánico

En este trabajo, sólo las concentraciones de Ba, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr, V, Zn y Zr se evaluaron.

Los límites de detección para los metales traza fueron Ba: 7,2 mg kg-1, Co: 0,7 mg kg-1, Cr: 2 mg kg-1, Cu: 1 mg kg-1, Ni: 0,7 mg kg-1, Pb: 2 mg kg-1, Sr: 0,8 mg kg-1, V: 5 mg kg-1, Zn: 2 mg kg-1, y Zr: 1 mg kg-1.

La cantidad total de carbono orgánico en los sedimentos se determinó por titulación con sulfato de amonio ferroso después de la disolución en solución de ácido sulfúrico dicromato de potasio. Este método es rápido, preciso y más fiable que otros procedimientos usados ​​comúnmente incluyendo la pérdida por ignición y el método de la digestión de peróxido de hidrógeno.

d.      Análisis del tamaño de grano

Las muestras para el análisis del tamaño de grano se trataron con una solución de H2O2 y, posteriormente, se tamizan y se secaron a 40 ° C. Se realizó análisis de tamaño de grano para determinar el porcentaje de limo y arcilla. Se siguió el sistema de clasificación de tamaño de grano propuesto por Shepard (1954). Los parámetros del tamaño de grano (tamaño medio, clasificación, asimetría, curtosis) se calcularon en el programa GRADISTAT.

e.      Análisis del mineral de la arcilla

Con el fin de caracterizar los minerales de arcilla en cada muestra, el análisis mineralógico se realizó por difracción de rayos X (DRX) utilizando un D / Max-rA difractómetro en el Centro Experimental y Exámenes de Geología Marina (Ministerio de Tierra y Recursos, República Popular China).

f.        Análisis estático

Todos los análisis estadísticos se realizaron en la proporción relativa de cada especie. Sólo se consideraron las especies superiores al 5% del conjunto en al menos una muestra para reducir el ruido de fondo. La abundancia relativa de estos taxones se trató en modo Q-y-R modo de análisis jerárquico. La combinación de análisis de modo Q y el modo R identifica a las especies típicas de cada clado.

Las correlaciones de Pearson se utilizaron para revelar las correlaciones entre los parámetros abióticos y bióticos, utilizando el programa SPSS. Se aplicó una técnica multivariante, la redundancia canónica, dedicada a la separación de nicho a lo largo de las variables ambientales, se aplicó mediante el CANOCO, un paquete de software, y se utiliza para resumir los datos dela comunidad de foraminíferos bentónicos y relacionar estos datos a un conjunto de medidas de parámetros ambientales.

4.       Resultados

a.       Patrones de distribución del tamaño de grano

El tamaño de grano del sedimento y la composición fueron heterogéneos en toda el área de muestreo. Los porcentajes medios de arena, limo y arcilla fueron 15,4%, 62,8% y 21,8%, respectivamente. Una variedad de facies sedimentarias se produjo en la plataforma continental, y el tipo más común de sedimentos fueron los de limo arcilloso, limo y limo arenoso.

b.      Contenido de metales traza y carbono orgánico

Las concentraciones de metales traza variaron ampliamente en todo el área de estudio. Las concentraciones de Ba (Fig. 2c) presentan grandes variaciones (114-396 mg kg-1) en toda el área de estudio, y las concentraciones relativamente altas se produjeron en la parte oriental de la plataforma continental y la zona de los alrededores de la costa oeste. El Co (. Fig 2d), Cr (Fig. 2e), Cu (Fig. 2f), Ni (Fig. 2 g), Pb (Fig. 2H), V (Fig. 2j) y Zn (Fig. 2k) presentan similares patrones de distribución.

En general, las concentraciones de estos metales disminuyeron al aumentar la distancia desde la costa oeste. 

c.       Composición mineral de la arcilla

Los minerales de arcilla se componen sobre todo de esmectita (b24%), illita (28-50%), caolinita (17-44%), y clorito (15-24%). La illita se enriqueció en el lado occidental de la ría y en las áreas circundantes de las islas de alrededor. La caolinita  tendió a disminuir a partir de la parte alta a la parte exterior de la ría, mientras que esmectita mostró una tendencia inversa. La variación de clorito no era estimable en toda la zona estudiada.

d.      Atributos generales de los foraminíferos bentónicos

Las 39 principales especies de foraminíferos bentónicos identificados en este estudio pertenecen a 25 géneros. Las asociaciones de foraminíferos se componen de mezclas de paredes hialinas, paredes aglutinadas y paredes porcelánico, que consistía en 86,8%, 4,3% y 8,8% del total, respectivamente.

La relación de las pruebas de foraminíferos aglutinados y calcáreos (A / C) fue notablemente baja en el área de estudio, con un valor medio de 0,05. La gama de la riqueza de especies fue de 1 a 48, y la abundancia de especies varió de 100 a 50.000 individuos por cada 50 g de sedimento seco. Los índices de diversidad de foraminíferos oscilaron De 0 a 3 para H (S), y 0,3 a 7,2 para el índice α Fisher.

e.      Análisis de correlación

La similitud entre los parámetros bióticos y abióticos se investigó mediante análisis de correlación. La matriz de correlación reveló fuertes influencias de ocho metales traza (Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn y Sr) sobre los índices de diversidad de encaje y la abundancia relativa de especies de foraminíferos.

Además, la matriz de correlación representada impactos de la fracción de arcilla sedimentaria en metales traza esperan para Ba y Zr. La caolinita e illita han marcado, influencias positivas en Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V y Zn y están correlacionados negativamente con el Sr. Las correlaciones fueron observadas entre opuestos esmectita y las trazas de metales antes mencionados.

f.        Análisis de conglomerados

En modo Q la distribución de los conjuntos parece estar asociada con la profundidad del agua. El conjunto I se produjo a una profundidad de agua de hasta 20 metros, y el conjunto II dominó a profundidades generalmente por debajo de 20 m. En modo R los grupos de análisis del conglomerado separa a las especies en dos conjuntos: el conjunto I se caracteriza con dominante A. tepida, y el conjunto II con mayores porcentajes de H. nipponica, E. y A. advenum ketienziensis.

g.       Análisis de redundancia canónica

Los resultados de la RDA también se presentaron en biplots muestra con el medio (Fig. 7). Las posiciones de los proyectos de la muestra en las bi-parcelas y las variables ambientales están representadas por flechas. El eje A1 tenía un valor propio de 0.667, y el eje A2 tenía un valor propio de 0.019. Las correlaciones entre especies y medio ambiente obtenidos de la dosis diaria recomendada de ejes A1 y ​​A2 fueron 0,925 y 0,705, respectivamente.

Las asociaciones de foraminíferos establecidos con base en el análisis de conglomerados se distinguieron en las bi-parcelas RDA. La posición y la separación de los sitios a lo largo del eje A1 indican que los sitios con puntuaciones positivas en el eje A1 correlacionados positivamente con Cu, Zn y Pb. El conjunto I se proyecta principalmente en el lado positivo del eje A1, mientras que el conjunto II se proyecta en el lado negativo del eje A1.

En consecuencia los conjuntos I y II pueden separarse en el eje A1.

El eje A2 se correlacionó altamente negativa con arena, y mostró una débil correlación negativa con Ba.

La interpretación de las relaciones entre las especies de foraminíferos y una variable ambiental es la misma que la interpretación en el análisis de correlación antes mencionada, y la especie, A. tepida, H. canariensis y E. nakanokawaense tienen la correlación positiva más fuerte con metales traza tales como Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V y Zn.

5.       Discusión

a.       Transporte de sedimentos y distribución de los elementos traza

Los sedimentos del estuario son reconocidos como el mejor destino de los elementos traza y otros contaminantes que se ejecutan fuera de la tierra. La transferencia de contaminantes de elementos traza a través del medio acuático está fuertemente relacionada con el comportamiento de la fracción de partículas finas del sedimento depositado a partir de la suspensión.

En el área de estuario, cuando el flujo de salida de agua dulce se mezcla con el agua de mar intrusivo, la velocidad del agua disminuye. Este proceso dará lugar a la deposición de sedimentos y metales traza.

La fuerte tendencia en la concentración de elementos traza proporciona una base para la determinación de las vías de origen y dispersión de contaminantes en el Pearl River.

El Ba y el Sr muestran un espectacular enriquecimiento en sedimentos superficiales fuera del estuario hacia el sur y el este, donde la profundidad del agua es generalmente superior a 20 m. Sin embargo, las concentraciones de Ba mayores también se encuentran en el lado oeste de la ría. La distribución de Ba dentro del PRE no es simplemente el resultado de la intrusión de agua de mar.

Los contaminantes de elementos traza pueden ser suministrados por la salida de agua fresca a través del canal occidental (marea alta), y la intrusión de agua salada a través del canal del este (reflujo) provoca la dilución de la cantidad de contaminantes contenidos en los sedimentos. Además, la fuerza del efecto Coriolis desvía la escorrentía de agua dulce hacia el lado occidental de la ría, que también puede conducir a la cada vez mayor de metales traza.

b.      Evaluación del grado de contaminación en el PRE

En comparación con las concentraciones de fondo de cinco metales (Cu, Cr, Ni, Pb y Zn) en sedimentos marinos de Hong Kong, el notable aumento de las concentraciones de estos elementos en el PRE puede ser en gran parte debido al impacto humana.

La comparación de la concentración de elementos traza con los valores proporcionados por la NOAA revela que los resultados PRE van desde moderadamente a severamente contaminada con Cr, Cu, Cd, Ni, Pb y Zn

c.       Respuesta de los foraminíferos bentónicos a los elementos traza y la contaminación de materia orgánica

Los análisis multivariados, tales como análisis de conglomerados, análisis de componentes principales, análisis factorial, análisis de correspondencias y el escalamiento multidimensional, han sido ampliamente aplicado a la población foraminíferos bentónicos.
La abundancia media de las especies comunes en los distintos biotopos aparece en la Tabla 3.
d.      Cambios en los recientes foraminíferos durante los últimos 30 años

La investigación anterior de distribución de foraminíferos en el PRE durante la década de 1980 dio lugar a tres asociaciones principales: A. tepida y E. nakanokawaense dominan asociaciones de foraminíferos menos profundo que 5 m, annectens amoníaco y Brizalina striatula dominan las asociaciones entre 5 my 10 m, y E. advenum y H. nipponica dominan las asociaciones más profundas que 10 m. Por comparación, después de un aumento significativo en la contaminación de metales traza las especies de E. y H. advenum nipponica, que se supone a preferir un entorno limpio, se observan a migrar a aguas más profundas.


6.       Conclusiones

La mayoría de las asociaciones de foraminíferos contiene A. tepida, H. nipponica, E. advenum, A. ketienziensis, A. y A. pauciloculata compressiuscula.

El Cu, Zn y Pb se utilizan como factores determinantes para los patrones de distribución de los foraminíferos, mientras que la arena puede ejercer una influencia sobre la abundancia de formas porcelanosas. Otras variables, es decir, Cr, Co, Sr, Ni, Ba y el carbono orgánico, juegan un papel menor en las asociaciones de foraminíferos. Las trazas de metales, tales como Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V y Zn, tienen correlaciones significativas y positivas con los minerales de arcilla tales como caolinita e illita.

Las distribuciones de estos metales  son controladas por la dispersión del material sedimentario.

La composición y distribución de los foraminíferos ha cambiado en los últimos 30 años. Muchas de las especies resistentes a la contaminación migran a aguas más profundas, mientras que las especies tolerantes a la contaminación, tales como A. tepida muestran una distribución más amplia que en el pasado.

7.       Referencias

Albani, A.D., Favero, V., Serandrei Barbero, R., 1991. The distribution and ecological of recent foraminifera in the Lagoon south of Venice. Rev. Esp. Micropaleontol. 23, 129143.

Albani, A.D., Rickwood, P.C., Favero, V., Serandrei-Barbero, R., 1995. The geochemistry of recent sediments in the Lagoon of Venice: environmental implications. Istituto Veneto di Scienze, Lettereed Arti, Atti 153, 235321.

Albani, A.D., Favero, V.M., Barbero, R.S., 1998. Distribution of sediment and benthic  foraminifera in the Gulf of Venice, Italy. Estuar. Coast. Shelf Sci. 46, 251265.

Albani, A.D., Serandrei-Barbero, R., Donnici, S., 2007. Foraminifera as ecological indicators in the Lagoon of Venice, Italy. Ecol. Indic. 7, 239253.

Albani, A.D., Donnici, S., Serandrei-Barbero, R., Rickwood, P.C., 2010. Seabed sediments and foraminifera over the Lido Inlet: comparison between 1983 and 2006 distribution patterns. Cont. Shelf Res. 30, 847858.

Alve, E., 1995. Benthic foraminiferal responses to estuarine pollution: a review. J. Foraminifer. Res. 25, 190203.

Alve, E., Murray, J.W., 1994. Ecology and taphonomy of benthic foraminifera in a temperate mesotidal inlet. J. Foraminifer. Res. 24, 1827.

Alve, E., Olsgard, F., 1999. Benthic foraminiferal colonization in experiments with coppercontaminated sediments. J. Foraminifer. Res. 29, 186195.

Alve, E., Lepland, A., Magnusson, J., Backer-Owe, K., 2009. Monitoring strategies for  eestablishment

of ecological reference conditions: possibilities and limitations. Mar. Pollut. Bull. 59, 297310.

Armynot du Châtelet, E., Debenay, J.P., Soulard, R., 2004. Foraminiferal proxies for pollution monitoring in moderately polluted harbours. Environ. Pollut. 127, 2740.

Bergamin, L., Romano, E.,Magno, M.C., Ausili, A., Gabellini, M., 2005. Pollution monitoring of Bagnoli Bay (Tyrrhenian Sea, Naples, Italy), a sedimentological, chemical and ecological approach. Aquat. Ecosyst. Health Manag. 8, 293302.

Bergamin, L., Romano, E., Finoia, M.G., Venti, F., Bianchi, J., Colasanti, A., Ausili, A., 2009. Benthic foraminifera from the coastal zone of Baia (Naples, Italy): assemblage distribution and modification as tools for environmental characterisation. Mar. Pollut. Bull. 59, 234244.

Bergin, F., Kucuksezgin, F., Uluturhan, E., Barut, I.F.,Meric, E., Avsar, N., Nazik, A., 2006. The response of benthic foraminifera and ostracoda to heavy metal pollution in Gulf of Izmir (Eastern Aegean Sea). Estuar. Coast. Shelf Sci. 66, 368386.

Blott, S.J., Pye, K., 2001. GRADISTAT: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth Surf. Process. Landf. 26, 12371248.

Carnahan, E.A., Hoare, A.M., Hallock, P., Lidz, B.H., Reich, C.D., 2008. Distribution of heavy metals and foraminiferal assemblages in sediments of Biscayne Bay, Florida, USA. J. Coast. Res. 24, 159169.

Chen, M., 1989. A Quantitative Study of the Distribution of Foraminifera and its Environmental Controls in Yamen Estuary, Zhujiang River. China Science Press, Beijing (in Chinese).

Chen, J.S., Zhou, J.Y., 1992. Heavy Metal Research in the Aquatic Environment of China. Environmental Science Press of China, Beijing, China, p. 387 (in Chinese).

Clarke, K.R., Gorley, R.N., 2001. PRIMER v5: User Manual/Tutorial. PRIMER-E Ltd., Plymouth, p. 91.

Coccioni, R., Frontalini, F., Marsili, A., Mana, D., 2009. Benthic foraminifera and trace element distribution: a case-study from the heavily polluted lagoon of Venice (Italy). Mar. Pollut. Bull. 59, 257267.

Debenay, J.P., Fernandez, J.M., 2009. Benthic foraminifera records of complex anthropogenic environmental changes combined with geochemical data in a tropical bay of New Caledonia (SW Pacific). Mar. Pollut. Bull. 59, 311322.

Debenay, J.P., Guillou, J.J., 2002. Ecological transitions indicated by foraminiferal assemblages in paralic environments. Estuaries 25, 11071120.

Debenay, J.P., Tsakiridis, E., Soulard, R., Grossel, H., 2001. Factors determining the distribution of foraminiferal assemblages in Port Joinville Harbor (Ile d'Yeu, France): the influence of pollution. Mar. Micropaleontol. 43, 75118.

Diz, P., Frances, G., 2009. Postmortem processes affecting benthic foraminiferal assemblages in the Ria de Vigo, Spain: implications for paleoenvironmental studies. J. Foraminifer. Res. 39, 166179.

Eichler, P.P.B., Eichler, B.B., Gupta, B.S., Rodrigues, A.R., 2012. Foraminifera as indicators of marine pollutant contamination on the inner continental shelf of southern Brazil. Mar. Pollut. Bull. 64, 2230.

Elberling, B., Knudsen, K.L., Kristensen, P.H., Asmund, G., 2003. Applying foraminiferal stratigraphy as a biomarker for heavy metal contamination and mining impact in a fiord in west Greenland. Mar. Environ. Res. 55, 235256.

Ferraro, L., Sprovieri, M., Alberico, I., Lirer, F., Prevedello, L., Marsella, E., 2006. Benthic foraminifera and heavy metals distribution: a case study from the Naples Harbour (Tyrrhenian Sea, Southern Italy). Environ. Pollut. 142, 274287.

Fisher, R.A., Corbet, A.S., Williams, C.B., 1943. The relationship between the number of species and the number of individuals in a random sample of an animal population. J. Anim. Ecol. 12, 4258.

Frontalini, F., Coccioni, R., 2008. Benthic foraminifera for heavymetal pollution monitoring: a case study from the central Adriatic Sea coast of Italy. Estuar. Coast. Shelf Sci. 76, 404417.

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