Impacto das atividades antrópicas em um trecho da sub-bacia do Rio Iguaçu : abordagem geoquímica e molecular

Abstract

Resumo: Os sedimentos fluviais podem atuar como importantes registros das mudanças ambientais que ocorrem em uma bacia hidrográfica ao longo do tempo. No entanto, ainda existem lacunas no conhecimento sobre como diferentes fontes de matéria orgânica e comunidades microbianas respondem às mudanças no uso do solo em rios subtropicais, especialmente em regiões onde há forte expansão urbana e agrícola. Nesse contexto, este estudo teve por objetivo investigar as variações na composição da matéria orgânica e na estrutura das comunidades microbianas em sedimentos da sub-bacia do alto rio Iguaçu, no estado do Paraná, com o objetivo de compreender como as atividades antrópicas têm influenciado a dinâmica ambiental desse sistema fluvial. Para isso, foram analisados testemunhos sedimentares coletados em três pontos ao longo do rio Iguaçu: Guajuvira (GUA), Balsa Nova (BN) e Porto Amazonas (PA). A abordagem metodológica integrou análises geocronológicas por radionuclídeos (210Pb e 137Cs), caracterização geoquímica da matéria orgânica por meio da distribuição de n-alcanos, determinação de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e razão C/N, além da análise das comunidades microbianas por sequenciamento do gene 16S-rRNA. Também foram avaliadas mudanças no uso e cobertura do solo na sub-bacia entre 1985 e 2023 com base em dados do projeto MapBiomas. Os resultados mostraram diferenças importantes na dinâmica sedimentar entre os locais analisados. Enquanto os testemunhos GUA e BN apresentaram evidências de retrabalhamento sedimentar, o testemunho PA apresentou perfil mais consistente, permitindo estimar uma taxa média de sedimentação de aproximadamente 0,58 cm/ano. A distribuição dos n-alcanos indicou diferenças nas fontes de matéria orgânica ao longo da bacia, com maior contribuição de produção aquática no ponto GUA e predominância de material de origem terrígena nos pontos BN e PA. Os valores de COT variaram entre 0,6% e 5,03%, e as razões C/N indicaram mistura de fontes orgânicas em GUA e maior contribuição de plantas vasculares nos demais pontos. A análise das comunidades microbianas mostrou predominância de bactérias pertencentes aos filos Firmicutes, Actinobacteriota, Chloroflexi e Proteobacteria, grupos frequentemente associados à degradação da matéria orgânica em sedimentos aquáticos. Também foram identificadas arqueias metanogênicas, indicando a possibilidade ocorrência de processos de metanogênese em condições anóxicas. De modo geral, as variações observadas na composição geoquímica e microbiológica dos sedimentos estão relacionadas às mudanças no uso do solo na bacia, especialmente à expansão urbana e à intensificação das atividades agrícolas nas últimas décadas. Assim, os resultados contribuem ampliar o conhecimento sobre a dinâmica da matéria orgânica e das comunidades microbianas em sedimentos de rios subtropicais além de demonstram que os sedimentos do alto rio Iguaçu registram as transformações ambientais associadas ao desenvolvimento da região

Abstract: Fluvial sediments can serve as important records of environmental changes occurring within a river basin over time. However, there are still important knowledge gaps regarding how organic matter sources and microbial communities respond to land use changes in subtropical rivers, particularly in regions undergoing rapid urban and agricultural expansion. In this context, this study aimed to investigate variations in organic matter composition and microbial community structure in sediments from the upper Iguaçu River basin, Paraná State, southern Brazil, in order to understand how human activities have influenced the environmental dynamics of this fluvial system. Sediment cores were collected at three sites along the Iguaçu River: Guajuvira (GUA), Balsa Nova (BN), and Porto Amazonas (PA). The methodological approach combined radionuclide-based geochronology (210Pb and 137Cs), organic geochemical characterization through the distribution of n-alkanes, measurements of total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), and C/N ratios, as well as microbial community analysis using 16S-rRNA gene sequencing. In addition, land use and land cover changes within the basin between 1985 and 2023 were evaluated using data from the MapBiomas project. The results revealed important differences in sedimentary dynamics among the locations studied. While the GUA and BN sediment cores showed evidence of sediment reworking, the PA core presented a more consistent profile, allowing the estimation of an average sedimentation rate of approximately 0.58 cm per year. The distribution of n-alkanes indicated spatial differences in organic matter sources along the basin, with a greater contribution from aquatic production at the GUA site and a predominance of terrestrially derived material at the BN and PA sites. TOC values ranged from 0.6% to 5.03%, and C/N ratios indicated mixed organic matter sources in GUA and stronger inputs from vascular plants at the other locations. Microbial community analysis showed a predominance of bacteria belonging to the phyla Firmicutes, Actinobacteriota, Chloroflexi, and Proteobacteria, groups commonly associated with organic matter degradation in aquatic sediments. Methanogenic archaea were also identified, suggesting the potential occurrence of methanogenesis under anoxic conditions. Overall, the variations observed in the geochemical and microbial composition of the sediments are related to land use changes within the basin, particularly urban expansion and the intensification of agricultural activities in recent decades. These findings contribute to improving our understanding of organic matter dynamics and microbial communities in sediments from subtropical river systems and demonstrate that sediments from the upper Iguaçu River record environmental changes associated with regional development