Spatio-temporal dynamics of toxic cyanobacteria in an artificial lake in the brazilian semi-arid region

Abstract

Intensification of the eutrophication process in surface water leads to an increase in the intensity and frequency of cyanobacterial blooms, compromising the availability of drinking water. Therefore, the aim of this study was to investigate the spatio-temporal dynamics of cyanobacteria and identify the most important nutrients for such dynamics in a semiarid artificial lake, the Orós reservoir, in north-eastern Brazil. Seventyseven water samples were collected in 11 campaigns (six during the dry season and five during the rainy season) from seven points. The attributes under investigation were the Secchi transparency, turbidity, pH, apparent colour, electrical conductivity, total solids, total phosphorus, soluble orthophosphate content, total Kjeldahl nitrogen, ammonia content, nitrate content, and cyanobacteria dynamics, resulting in a total of 924 samples (number of campaigns × number of points × number of attributes). Principal component analysis and cluster analysis were used to investigate the significance and determinant attributes of the spatio-temporal dynamics of cyanobacteria. Of the 17 species of cyanobacteria identified, 10 accounted for 72.47% of the total accumulated variance. During the rainy season, four homogeneous groups of cyanobacteria formed, whereas during the dry season, only three groups formed. The greatest concentrations occurred during the dry season, notably for Aphanocapsa spp., Cylindrospermopsis sp., and Geitlerinema sp., which are potentially toxic and show a greater affinity to the physical attributes of water. Climate seasonality was decisive in the spatiotemporal dynamics of cyanobacteria, and high transparency values limited excessive proliferation of the dominant species. A intensificação do processo de eutrofização nas águas superficiais leva a um aumento da intensidade e frequência de florações de cianobactérias comprometendo a disponibilidade hídrica para o uso consuntivo. Deste modo, objetivou-se estudar a dinâmica espaço-temporal das cianobactérias e a identificação dos nutrientes de maior peso nessa dinâmica em lago artificial semiárido, reservatório Orós (Nordeste do Brasil). Foram analisadas 77 amostras de água em 11 campanhas (seis no período seco e seis no chuvoso) em sete pontos. Os atributos investigados foram: Transparência de Secchi, Turbidez, pH, Cor Aparente, Condutividade Elétrica, sólidos totais, fósforo total, ortofosfato solúvel, NTK, Amônia, Nitrato e Cianobactérias, totalizando 924 (número de campanhas × número de pontos × número de atributos). Para investigar a significância e os atributos determinantes da dinâmica espaço-temporal das cianobactérias empregou-se análise da componente principal e análise de agrupamento. Das 17 espécies de cianobactérias identificadas, 10 espécies explicaram 72,47% da variância total acumulada. Durante a estação chuvosa foram formados 4 grupos homogêneos de cianobactérias enquanto no período seco formaram-se apenas três grupos. As maiores concentrações ocorreram no período seco com destaque para as espécies Aphanocapsa spp, Cylindrospermopsis sp e Geitlerinema sp, que são potencialmente tóxicas, e mostraram uma maior afinidade aos atributos físicos. A sazonalidade climática foi determinante na dinâmica espaço-temporal das cianobactérias, e que os altos valores de transparência limitaram a proliferação excessiva das espécies dominantes.