Assessment of environmental contaminants exposure in Argentinean Patagonian scavenger birds using nonlethal samples

Abstract

El objetivo general de esta tesis es estudiar la contaminación por metales en el norte de la Patagonia Argentina, evaluando las fuentes de emisión naturales y humanas y evidenciando las posibles amenazas para la vida silvestre y los seres humanos. Objetivo 1. (Capítulo I). Evaluar el uso de las especies de fauna silvestre como biomonitor/bioindicador de la contaminación ambiental en América Latina. Objetivo 2. (Capítulo II) Evaluar la influencia de las actividades antropogénicas en la exposición al mercurio de las aves carroñeras de la Patagonia (Argentina). Objetivo 3. (Capítulo III) Evaluar las tendencias temporales y el impacto de la actividad volcánica sobre la exposición a los metales en el cóndor andino (Vultur gryphus). Objetivo 4. (Capítulo IV) Evaluar la potencial utilidad de los Cathartidae de la Patagonia como especie sustituta del cóndor andino (Vultur gryphus) y como biomonitores de la exposición al Hg. Objetivo 5. (Capítulo V). Evaluar las tendencias espacio-temporales de los niveles de Hg, Cd, Pb, Cu y Zn en la cuenca del río Limay en ambientes antropizados y naturales. Metodología Usando plumas de aves carroñeras como unidad biomonitoras, estudiamos la contaminación por metales en el norte de la Patagonia Argentina. En esta investigación se utilizaron plumas primarias recién mudadas (P1-P10) recogidas de los dormideros de las especies estudiadas. Después de los procesos de lavado, secado y homogeneización de las muestras, realizamos los análisis. En todas las muestras medimos los niveles de Hg. Para el análisis del Hg total, utilizamos 0,05 g de cada pluma (barbas y raquis), cargando unas navecilla de níquel y analizando mediante el Milestone DMA-8 Direct Hg Analyzer por espectrofotometría de absorción atómica, con un límite de detección de 0,0001 ppm, siguiendo el Método 7473 de la USEPA (sedimentos, suelos y lodos). Para el análisis de Si, Cr, Cu, Zn, As, Se, Cd y Pb previsto en el objetivo 3, las muestras de plumas se colocaron en matraces de LDPE (propileno de baja densidad) con la adición de una mezcla de ácidos (nítrico/perclórico/sulfúrico, 8:4:1) para la desintegración de la materia orgánica (1 ml de mezcla de ácidos/100 mg de cada pluma). Transferimos 1 ml de cada extracto predigerido a un tubo de cuarzo, para secar completamente la muestra con un tratamiento térmico progresivo. Cuando los tubos se enfriaron, añadimos agua purificada, transfiriéndola toda al recipiente de medición, completando el volumen final de 10 ml con un 1% de ácido nítrico. Después de la digestión, la detección y cuantificación se realizaron mediante espectrometría de emisión óptica de plasma de acoplamiento inductivo (Agilent Technologies ICP-MS. Modelo 7900). Para el análisis de Pb, Cd, Zn, Cu previsto en el capítulo V se digirieron muestras de plumas para ser analizadas por voltamperometría de redisolución anódica (ASV). La digestión completa se aseguró utilizando la digestión a alta temperatura con una mezcla de ácidos siguiendo el método descrito por García-Fernández y otros (1995). Resultados En el capítulo 1 encontramos amplias zonas de América Latina que carecen de estudios ecotoxicológicos; identificamos también los principales metales estudiados y las zonas en que se concentran esos estudios. En los capítulos II, III, IV y V hemos estudiado, en muchos casos por primera vez, los niveles de contaminación por varios metales presentes en el norte de la Patagonia argentina, evaluando las fuentes antrópicas y naturales. Los datos parecen indicar un aumento de los niveles de Hg, probablemente relacionados con la actividad volcánica y la presencia de represas hidroeléctricas en nuestra área de estudio. Conclusiones La mayoría de los resultados presentados en este trabajo representan los primeros resultados sobre los diferentes temas estudiados. Teniendo en cuenta la escasez de estudios a nivel latinoamericano, su importancia es la de proporcionar datos de referencia para futuras investigaciones. Recomendamos la elaboración de un protocolo de trabajo común a todos los países de América Latina, para que el intercambio de información entre los diferentes grupos de trabajo sea más eficaz. Las especies estudiadas parecen representar buenas opciones como biomonitores, contextualizando su uso a necesidades específicas. Es necesario estudiar más las especies de nuestro estudio; su amplia distribución podría permitir la realización de estudios comparables de diferentes países Las tendencias temporales y las tendencias que parecen existir entre ciertas especies estudiadas deberían investigarse más a fondo, para verificar su fiabilidad y así consentir un uso productivo de las especies sustitutivas de los cóndores Andinos y Californianos. Los niveles de Hg detectados en la zona de Bariloche en las muestras de jote negro (2011-2017), jote colorado y carancho (2011) parecen representar los niveles basales para la zona. El impacto real de los niveles de Hg en la salud pública y los ecosistemas naturales en nuestra área de estudio debe ser estudiado cuidadosamente. Los resultados de nuestro trabajo han mostrado un preocupante aumento de los niveles, superando los límites de seguridad en algunos casos. Los datos preliminares obtenidos mediante el estudio de muestras de chimangos parecen indicar que la especie podría representar un buen biomonitor para estudios ecotoxicológicos en zonas de urbana.

Objectives The general objective of this thesis is to study metal contamination in northern Patagonia, Argentina, evaluating natural and human emission sources and evidencing possible threats to wildlife and humans. Objective 1. (Chapter I) To compile the knowledge on the use of wildlife species as biomonitor/bioindicator of environmental contamination in Latin America. Objective 2. (Chapter II) To assess the influence of anthropogenic activities on mercury exposure in scavengers' birds from Patagonia (Argentina). Objective 3. (Chapter III) To evaluate temporal trends and the volcanic activity on metal exposure in Andean condor. Objective 4. (Chapter IV) To evaluate the potential usefulness of Cathartidae of Northern Patagonia as a surrogate species for Andean condor (Vultur gryphus) and as a biomonitor regarding Hg exposure. Objective 5. (Chapter V). To evaluate temporal and spatial trends of Hg, Cd, Pb, Cu and Zn levels in the Limay River basin in anthropized and natural environments. Methodology Using scavenger bird feathers as a biomonitoring unit, we studied metal contamination in northern Patagonia, Argentina. Fresh-molted primary flight feathers (P1-P10) collected from the roosting areas were used in this research. After the processes of washing, drying, and homogenization of the samples, we have carried out the analyses. In all samples we measure the Hg levels. For the analysis of total Hg, we used 0.05 g d.w. of each feather (vane and shaft), in a nickel boats and analysed, by a Milestone DMA-8 Direct Hg Analyzer by atomic absorption spectrophotometry, with a detection limit of 0.0001 ppm, following USEPA Method 7473 (sediments, soils, and sludges). For the analysis of Si, Cr, Cu, Zn, As, Se, Cd, and Pb planned in the objective 3, the feather samples were placed in LDPE (low-density propylene) flasks with the addition of an acid mixture (nitric/perchloric/sulfuric, 8:4:1) for the organic matter disintegration (1 ml of acid mixture/100 mg of each feather). We transferred 1 ml of each predigested extract to a quartz tube, in order to dry the sample completely with a progressive heat treatment. When the tubes were cooled, we added purified water, transferring all of it to the measuring vessel, completing the final volume of 10 ml with 1% nitric acid. After digestion, the detection and quantification were performed using inductively coupled plasma optic emission spectrometry (Agilent Technologies ICP-MS. Model 7900). For the analysis of Pb, Cd, Zn, Cu planned in the chapter V feather samples were digested to be analysed by anodic stripping voltammetry (ASV). Complete digestion was ensured by using high temperature digestion with a mixture of acids following the method described by Garcia-Fernandez et al. (1995). Results In the literature review we found wide areas of Latin America lacking in ecotoxicological studies and also identified the main metals studied and the areas where these studies are concentrated. In chapters II, III, IV and V we have studied, in many cases for the first time, the levels of contamination by several metals present in the North of the Argentine Patagonia, evaluating the anthropic and natural sources. The data seems to indicate an increase in Hg levels, probably related to volcanic activity and the presence of hydroelectric dams in our study area. Conclusions Most of the results presented in this work represent first results on the different studied topics. Considering the scarcity of studies at Latin American level, its importance is to provide reference data for future research. We recommend the development of a work protocol common to all Latin American countries, so that the sharing of information between different work groups is more effective. The species studied seem to represent good options as biomonitors, contextualizing their use to specific needs. It is necessary to study more the species of our study, which given its wide distribution could allow the realization of comparable studies from different countries The temporal trends and the tendencies that seem to exist between certain species studied should be investigated more in depth, to verify their reliability and thus consent to a productive use of the surrogate species of the Andean and California condors. The Hg levels detected in the Bariloche area in the samples of black vulture (2011-2017), turkey vulture and southern crested caracara (2011) seem to represent the basal levels for the area. The real impact of Hg levels on public health and natural ecosystems in our area of study should be carefully studied. The results of our work have shown a worrying increase in levels, exceeding safety limits in some cases. Preliminary data obtained by studying chimango caracara samples seem to indicate that the species could represent a good biomonitor for ecotoxicological studies in very precise urban areas.