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Tipo: Tese
Título: Arsenic biogeochemistry in contaminated soils from mining sites at Minas Gerais state, Brazil
Título(s) alternativo(s): Biogeoquímica do arsênio em solos contaminados de areas de mineração do Estado de Minas Gerais, BrasiL
Autor(es): Lima, Daniela Miranda de
Primeiro Orientador: Mello, Jaime Wilson Vargas de
Primeiro coorientador: Euclydes, Rosane Maria de Aguiar
Segundo coorientador: Abrahão, Walter Antônio Pereira
Primeiro avaliador: Nalini Júnior, Hermínio Arias
Segundo avaliador: Silva, Juscimar da
Resumo: Arsenic is known as a toxic and carcinogenic elememt that presents high toxcity at relatively low concentration and affcets millions of people worldwide. For this reason, several countries have claimed for studies related to its environmental behavior. Currently, there is considerable concem on the processes that control arsenic mobility in contaminated sites. A fundamental understanding of the transport, adsorption, redox rcactions and biotransformation of arsenic in soils, sediments and water systems is warranted to manage and mitigate the overall risks related to arsenic contamination. Some algae and cyanobacteria are able to grow, take up and bioaccumulate arsenic compounds from contaminated medium. These microorganisms are thought to use the As methylation mechanism to detoxify their surroundings. Methylation is considered a detoxification mechanism since, in general inorganic forms are more toxic than organic ones and As (III) is potentially more mobile and toxic than As (V). Therefore, the purpose of this study was to provide scientific knowledge to improve the understanding about arsenic biogeochemistry in arsenic-rich soils from tropical areas. In view of that, we divided this research in three experimental essays. At the first one, we isolated microalgae from arsenic-rich soils collected surrounding gold-mining areas in Minas Gerais State, Brazil. It was evaluated the potential of three genera: Chlorella sp., Ankistrodesmus sp. and Nostoc (Nostoc cf. calcicola and Nostoc muscorum) for arsenic bioaccumulation in medium with high arsenic concentration. ln the second stage; we evaluated the dynamics of soluble As species on that soils in order to investigate the presence of methylated As compounds under anaerobic conditions. In the third experiment, we assessed the dynamics of As biotransformation by Chlorella sp. and Nostoc cf. calcicola from different As species. Growth of the microalgae was affected by the addition of increasing amounts of arsenate, although the decrease in chorophyll a contents was not so drastic. The chlorophyte microalgae showed higher biomass production and tolerance to arsenic exposure than cyanophyte, but all genera were able to accumulate arsenic from the medium. Bioaccumulation increased as the As concentration increased in the medium. reaching up to 13% of the As added in Chlorella sp. and Ankitrodesmus sp. medium and up to 5.6 % for Nostoc calcicola and N. Muscorum. Anaerobic incubation provided conditions for As, Fe and Mn mobilizution through reductive dissolution. Arsenite As(III) was the main species observed overall experimental period. As released varied among samples depending on the initial contents of As and the poorly/well crystallized iron oxides ratio (Feo/Fed) in the soil. The arsenic released from the PF and RMS samples increased until l2-20 days after incubation with subsequent decrease. The As dissolved from sumples of the Santa Barbara (SB) site increased overall the experimental period. Extremely high arsenic concentration was released from the Nova Lima samples (NL), almost 6.6 mg L-¹, under dark condition. As released from all samples were greater than the limit for drinking water as recommended by WHO. Microalgae Chlorella sp. and Nostoc cf. calcicola were able to bioaccumulate As from different sources, but there was no significant changes in the arsenic species supplied to medium only a pan of the added arsenite was oxidized to arsenate. Chlorella sp. was more efficient in arsenic bioaccumulation than Nostoc cf. calcicola. The chlorophyte accumulated in average 2726 ug g-¹ of As while the cyanophyte accumulated 1832 ug g-¹ in presence of inorganic arsenic species. Methylated species were less toxic and are less bioaccumulated than arsenate. which in tum was less toxic and more bioaccumulated than arsenite. In spite of not detecting biomethylation under our experimental conditions, the amounts of As bioaccumulated by microalgae are high enough to consider those chlorophyte and cyanophyte species for bioindication and remediation purposes in areas contaminated by As.
Abstract: O arsênio é um elemento reconhecidamente tóxico e carcinogênico, mesmo quando presente em concentrações relativamente baixas, que tem afetado milhões de pessoas em diversas partes do mundo. Por esta razão, vários países têm incentivado o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao comportamento ambiental do As. Atualmente há preocupação em compreender os processos que controlam a mobilidade do arsênio em áreas contaminadas. O conhecimento de aspectos relacionados ao transporte, adsorção, oxirredução e biotransformação do arsênio em solos, sedimentos e recursos hídricos é fundamental para o manejo adequado e mitigação dos riscos gerais relacionados com a contaminação por arsênio. Algumas espécies de microalgas são capazes de se desenvolver, absorver e bioacumular compostos de arsênio em meio contaminado. Considera-se que estes microorganismos utilizam a metilação do arsênio como mecanismo de detoxificação do meio onde crescem. A metilação é considerada um mecanismo de descontaminação ambiental porque, em geral, as formas inorgânicas de arsênio são mais tóxicas do quc as orgânicas e também o arsenito é potencialmente mais móvel que outras espécies de arsênio. Desta forma, o propósito geral deste estudo foi gerar conhecimento científico para melhorar a compreensão acerca do ciclo biogeoquímico do arsênio em águas e solos contaminados de regiões tropicais. Em vista do exposto, a pesquisa foi conduzida em três experimentos. No primeiro, algumas espécies de microalgas foram isoladas de amostras de solos contaminados por As provenientes de áreas impactadas pela atividade de mineração do ouro em Minas Gerais, Brasil. Foi avaliado o potencial de bioacumulação do arsênio de três gêneros: Chlorella sp., Anki.strodesmus sp. e Nostoc (Nostoc cf. calcicola and Nostoc muscorum) em meio contendo alta concentração deste elemento. Em uma segunda etapa, foi avaliada a dinâmica de espécies solúveis de As nos mesmos solos do primeiro experimento a fim de investigar a presença de compostos metilados sob condições anaeróbicas. No terceiro experimento, foi avaliada a biotransformação de diferentes espécies de arsênio por Chlorella sp. c Nostoc cf. calcicola. O crescimento das microalgas foi afetado pela adição de quanlidades crescentes de arsenato, embora o decréscimo no conteúdo de clorofila "a" não tenha sido tão drástico. As clorofitas apresentaram maior produção de biomassa e tolerância ao As do que as cianófitas, mas todos os genêros foram capazes de acumular o arsênio do meio. A bioacumulação aumentou com o aumento da concentração de arsênio no meio, chegando a 13% do arsênio adicionado ao meio de cultivo pela Chlorella sp. and Ankistrodesmus sp. E 5.6 % pela Nostoc cf. calcicola and N. Muscorum. A incubação anaeróbica proporcionou condições para a mobilização do As, Fe e Mn por meio da dissolução redutiva. O arsenito Íbi a principal espécie de As mobilizada durante todo o período experimemtal. A mobilização de As variou entre amostras, dependendo do teor de As total e da relação óxidos de ferro amorfos/oxidos de Fe bem cristalizados (Feo/Fed) nos solos. A liberação do As das amostras provenientes da Formação Paracatu (PF) e Sequência Riacho dos Machados (RMS) aumentou até 12 - 20 dias após incubação com subsequente decréscimo. Nas amostras do solo de Santa Bárbara (SB), o As liberado aumentou até o final do periodo experimental. Uma concentração extremamente alta de As foi liberada das amostras provenientes de Nova Lima (NL), cerca de 6.6 mg L-¹, na condição de escuro. O arsênio liberado em todas as amostras foi maior que o limite para água potável recomendado pela OMS. As microalgas Chlorella sp. e Nostoc cf. calcicola foram capazes de bioacumular diferentes formas de arsênio, entretanto não foram detectadas mudanças significativas nas espécies de As adicinadasao meio. Apenas uma parte do arsnitoadicionado foi oxidada para arsnato. A Chlorella sp. foi mais eficiente em bioacumular o arsênio do que a Nostoc cf. Calcícola. A clorófita acumulou, em média, 2726 ug g-¹, ao passo que a cianófita acumulou 1832 ug g-¹, na presença de espécies inorgânicas. As especies metiladas foram menos tóxicas e menos bioacumuladas do que o arsenato, o qual por sua vez foi menos tóxico e mais bioacumulado do que o arsenito. A despeito da biometilação não ter sido detectada nas condições experimentais utilizadas, as quanlidades de As bioacumuladas pelas microalgas foram suficientemente altas para considerar as clorófitas e cianófitas estudadas como bioindicadores e para fins de remediação de áreas contaminadas por As.
Palavras-chave: Soil - Content of arsenic
Soil - contamination
Seaweed
Cyanobacteria
Arsenic - Bioaculamulação
Phytoremediation
Solo - Teor de arsênio
Solo - Contaminação
Alga
Cianobactérias
Arsênio - Bioaculamulação
Fitorremediação
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Idioma: eng
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,
Programa: Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas
Citação: LIMA, Daniela Miranda de. Biogeoquímica do arsênio em solos contaminados de areas de mineração do Estado de Minas Gerais, BrasiL. 2008. 6 f. Tese (Doutorado em Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2008.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/1668
Data do documento: 24-Set-2008
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