Internal loading potential of phosphorus in reservoirs along a semiarid watershed

Abstract

Sediments are important to nutrient dynamics, especially due to phosphorus internal loading. Several studies have observed that internal loading could prevent water quality from improving in lakes, even when external phosphorus loading is significantly decreased. Therefore, there is an urgent need to assess the potential release of phosphorus contained in the sediment, and thus, its potential to impact water quality. In this study, the vertical and horizontal distributions of distinct phosphorus forms in the bottom sediments of artificial reservoirs, located at Forquilha watershed (Ceará, Brazil), were investigated through sequential chemical fractionation. The reservoirs Lagoa Cercada (R#1), Riacho do Algodão (R#2), Riacho Verde (R#3), Cachoeira (R#4), Chagas Manu (R#5), Quandu (R#6) and Balanças (R#7) were investigated. Reservoirs R#1 (most downstream reservoir of the watershed) and R#7 (most upstream reservoir of the watershed) had higher concentrations of total phosphorus (PT) and lower pH values, potentially exerting greater influence in phosphorus concentration in the water column. Reservoirs R#3 and R#4 presented a predominance of residual phosphorus (PRe), the least available fractions of phosphorus and thus, presented a lower potential for internal loading. Reservoirs R#5, R#1 and R#2 showed a tendency of decreasing total phosphorus (PT) as the sediment depth increased, probably indicating an increase of allochthonous phosphorus loading along time. Reservoir R#6 showed the predominance of PFeAl and PCa fractions on points A and B, respectively, showing that the characteristics of the sediments may vary in the same reservoir. Mobile (PM) and iron and aluminum-bound phosphorus (PFeAl) were the least and the most abundant fractions in most of the samples analyzed, respectively. Sedimentos são importantes para a dinâmica de nutrientes em reservatórios, especialmente devido à recarga interna de fósforo. Vários estudos observaram que a recarga interna pode impedir a melhoria da qualidade da água em lagos, mesmo quando a carga externa é reduzida. Assim, há uma necessidade urgente de avaliar o potencial de liberação de fósforo do sedimento e, portanto, seu potencial para impactar a qualidade da água. Neste estudo, as distribuições verticais e horizontais de diferentes frações de fósforo nos sedimentos de fundo de reservatórios artificiais, localizados na bacia de Forquilha (Ceará, Brasil), foram investigadas através de fracionamento químico sequencial. Os reservatórios da Lagoa Cercada (R#1), Riacho do Algodão (R#2), Riacho Verde (R#3), Cachoeira (R#4), Chagas Manu (R#5), Quandu (R#6) e Balanças (R#7) foram investigados. Os reservatórios R#1 (reservatório mais a jusante) e R#7 (reservatório mais a montante) apresentaram maiores concentrações de fósforo total (PT) e menores valores de pH, potencialmente exercendo um maior impacto na concentração de fósforo na coluna de água. Os reservatórios R#3 e R#4 apresentaram predomínio de frações de fósforo menos disponíveis (PCa) e, portanto, menor potencial de recarga interna. Os reservatórios R#5, R#1 e R#2 apresentaram uma tendência de diminuição do fósforo total (PT) à medida que a profundidade do sedimento aumentou, provavelmente indicando um aumento no fósforo alóctone recebido pelo reservatório ao longo do tempo. O reservatório R # 6 apresentou predominância das frações PFeAl e PCa nos pontos A e B, respectivamente, mostrando que as características do sedimento podem variar no mesmo reservatório. O fósforo móvel (PM) e o fósforo ligado a ferro e alumínio (PFeAl) foram as frações de menor e maior abundância na maioria das amostras analisadas, respectivamente.