Metals concentration in freshwater fish from Doce River and the influences of the Samarco’s Dam collapse, Mariana, Brazil

Abstract

The Rio Doce basin is located in southeastern Brazil, in the states of Minas Gerais (MG) and Espírito Santo (ES). The basin is characterized by intense economic activity, which, added to the high population density and historical processes of extractivism, makes it one of the Brazilian drainages most impacted by human activities. With the disposal of domestic sewage, agricultural and industrial inputs in the channel of the Doce River and its tributaries, violations of water quality parameters such as total phosphate and fecal coliforms are historically recorded for the basin. The collapse of the SAMARCO dam threw 62 tons of tailings into the Doce River channel. Covering fish microhabitats, foraging and breeding areas, aggravating the state of degradation of the basin and modifying the physical and chemical characteristics of the river bed sediment. The tailings avalanche turned over the river bottom, resuspending the sediment and bio making available metals that were previously trapped in lower river layers. The composition of the tailings is mainly silica and iron oxides, but studies indicate high levels of other elements such as Aluminum, Arsenic and Manganese. Thus, the tailings contributed directly and indirectly to the mobilization of metals for the aquatic biota. Bioaccumulation within fish and biomagnification of metals in the food chain can generate irreversible impacts on aquatic biota given its persistence in biota, not being decomposed, increasing its toxicity. Our results indicate mercury biomagnification and bioaccumulation of several elements such as arsenic and mercury, for several of the studied species, and the result varies in an interspecific way. Some species are more subject to bioaccumulation, among them those with piscivorous and benthic habits stand out. These groups should be a priority target for monitoring the concentrations of metals in the ichthyofauna with a focus on food security and maintenance of fish communities in the basin. Among the tributaries studied, the Gualaxo do Norte and Carmo rivers deserve special attention, mainly due to the high mercury values recorded for the region's ichthyofauna. The historic gold extraction process in the region and the leaching and contamination of aquatic biota makes these tributaries the main target for monitoring and bioremediation studies. Keywords: Fish. arsenic. Mercury. Bioaccumulation. Trophic level.A bacia do Rio Doce está localizada no sudeste do Brasil, nos estados de Minas Gerais (MG) e Espírito Santo (ES). A bacia é caracterizada por intensa atividade econômica, que, somados à alta densidade populacional e aos processos históricos de extrativismo, a transforma em uma das drenagens brasileiras mais impactadas por atividades antrópicas. Com o descarte de esgoto doméstico, insumos agrícolas e industriais na calha do rio Doce e em seus afluentes, violações nos parâmetros da qualidade da água como fosfato total e coliformes fecais são historicamente registrados para a bacia. O rompimento da barragem da SAMARCO lançou 62 toneladas de rejeito para a calha do rio Doce, cobrindo microhabitats de peixes, áreas de forrageamento e reprodução, agravando o estado de degradação da bacia e modificando as características físicas e químicas do sedimento do leito do rio. A avalanche de rejeito revolveu o fundo do rio, ressuspendendo o sedimento e biodisponibilizando metais que antes estavam presos em camadas inferiores do rio. O rejeito é composto principalmente de sílica e óxidos de ferro, mas estudos indicam níveis elevados de outros elementos como Alumínio, Arsênio e Manganês. Assim, o rejeito contribuiu de forma direta e indireta para a mobilização de metais para a biota aquática. A bioacumulação dentro dos peixes e a biomagnificação de metais na cadeia alimentar pode gerar impactos irreversíveis para a biota aquática visto a sua persistência na biota, não sendo decomposto, o que aumenta sua toxicidade. Nossos resultados indicam biomagnificação de mercúrio e bioacumulação de vários elementos como arsênio e mercúrio, para várias das espécies estudadas, e o resultado varia de forma interespecífica. Algumas espécies estão mais sujeitas à bioacumulação, dentre elas destacam-se aquelas com hábitos piscívoros e bentônicos. Esses grupos devem ser alvo prioritário para o monitoramento das concentrações de metais na ictiofauna com foco na segurança alimentar e manutenção das comunidades pesqueiras da bacia. Dentre os afluentes estudados, os rios Gualaxo do Norte e Carmo merecem atenção especial, principalmente pelos altos valores de mercúrio registrados para a ictiofauna da região. O histórico processo de extração de ouro na região e a lixiviação e contaminação da biota aquática fazem desses afluentes o principal alvo de estudos de monitoramento e biorremediação. Palavras-chave: Peixes. Arsênio. Mercúrio. Bioacumulação. Nível trófico.