Stepwise strategy for monitoring cyanobacterial blooms

Abstract

O desenvolvimento de blooms cianobacterianos pode representar um risco para a saúde pública e, num contexto de alterações climáticas, o desenvolvimento de grandes concentrações destes organismos pode ser potenciado. Portugal, à semelhança de outros países, adoptou a metodologia para a monitorização de cianobactérias proposta pela Organização Mundial de Saúde, que considera a clorofila a e a densidade celular, como indicadores da presença de cianobactérias. Contudo, tendo em conta as limitações destes indicadores, o presente trabalho visa propor uma estratégia rápida, simples e menos onerosa, a médio prazo, para a monitorização de blooms cianobacterianos em sistemas de água doce utilizados para uso recreativo. Esta estratégia propõe uma abordagem sequencial: i) fluorimetria (análise de pigmentos); ii) determinação da clorofila a, observação microscópica e enumeração das espécies cianobacterianas dominantes; iii) técnicas moleculares, baseadas em PCR, para avaliação do potencial tóxico; e v) quantificação das cianotoxinas, apenas quando necessário. O trabalho incluiu a determinação de valores de referência para ficocianina, através de fluorimetria, por forma a poder aplicá-los na estratégia de monitorização proposta. Para esta determinação foram utilizadas as espécies Microcystis aeruginosa, Nostoc muscorum e Cylindrospermopsis raciborskii. Para validação da estratégia de monitorização proposta, foram amostrados nove sistemas lênticos de água doce, do norte, centro e sul de Portugal. Os dados de parâmetros físico-químicos e biológicos das amostras foram integrados, de modo a obter informação acerca do contexto ecológico do desenvolvimento de blooms. A determinação dos valores de referência de ficocianina mostrou diferenças inter-específicas, suportando a necessidade de existirem vários valores de referência, que possam ser utilizados de acordo com a espécie cianobacteriana dominante num bloom. A metodologia proposta, ao ser faseada, permitiu ir excluindo amostras à medida que o perigo de desenvolvimento de um bloom tóxico foi sendo descartado, tendo sido detetadas apenas 2 amostras tóxicas, na Lagoa da Vela e na albufeira da barragem da Aguieira (ambas com blooms de Microcystis spp.). Esta estratégia de monitorização provou ser uma mais-valia para o desenvolvimento de planos de gestão de prevenção e controlo do crescimento excessivo de cianobactérias em lagos e albufeiras.

The massive growth of cyanobacteria into blooms has risks to the public health and, under a context of climate change, the development of these organisms may be enhanced. Portugal, like other countries, has adopted the methodology proposed by the World Health Organization which uses chlorophyll a and cell density as indicators for cyanobacterial density assessment. However, these indicators have several limitations. Therefore, this study aims to propose a strategy for a faster, easier and more cost-effective monitoring of cyanobacterial blooms in lentic freshwater bodies used for recreation purposes. This strategy considers several steps, proposed sequentially: i) fluorometry (pigment analysis); ii) chlorophyll a determination, microscopic observation and enumeration of dominant cyanobacterial species; iii) PCR-based methodologies to screen the potential for cyanotoxins production; and v) cyanotoxins quantification, only if required. The study included the determination of phycocyanin thresholds though fluorometry in order to use them in the proposed monitoring strategy. The species used for this determination included Microcystis aeruginosa, Nostoc muscorum and Cylindrospermopsis raciborskii. For the validation of the monitoring strategy proposal, nine lentic freshwater bodies from northern, central and southern Portugal were sampled. The physico-chemical and biological parameters were integrated in order to provide information about the ecological context for the recorded cyanobacterial blooms. The determined phycocyanin thresholds showed inter-specific differences, highlighting the need for the proposal of not just a general threshold value for phycocyanin, but specific values, according to the dominant bloom-forming cyanobacterial species. The sequential stepwise strategy, allowed the exclusion of samples as the danger of the development of a toxic bloom is being discarded, remaining only two toxic samples at Vela Lake and Aguieira reservoir (both with Microcystis spp. blooms). This monitoring strategy proved to be a valuable and cost-effective tool for an early warning of cyanobacterial blooms, which may be important for the development of effective management plans to prevent and control the massive growth of cyanobacteria in target water bodies.