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Ecological risk assessment and soil quality in areas impacted by iron mining tailings deposition

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Universidade Federal de Lavras

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Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)

Departamento

Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo

Agência de fomento

CNPq, FAPEMIG, CAPES, Ministério da Igualdade Racial

Tipo de impacto

Outros

Áreas Temáticas da Extenção

Meio ambiente

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 6: Água potável e saneamento
ODS 14: Vida na água
ODS 15: Vida terrestre

Dados abertos

Não

Resumo

O rompimento da barragem de Fundão, ocorrido em 2015 em Mariana (Minas Gerais, Brasil), liberou milhões de metros cúbicos de rejeitos de mineração de ferro que se dispersaram ao longo da bacia do Rio Doce, afetando o ecossistema terrestre. Apesar do amplo registro dos impactos iniciais, ainda há incertezas sobre como a deposição desses rejeitos influencia, a médio prazo, os organismos do solo e os processos biológicos responsáveis pela manutenção do funcionamento ecológico dos solos afetados. Nesse contexto, esta tese investigou como a deposição de rejeitos de mineração influencia atributos químicos, físicos e biológicos do solo e como essas alterações se refletem na resposta de organismos edáficos a estressores ambientais e na avaliação do risco ecológico em solos com deposição de rejeito, oito anos após o rompimento da barragem. Para isso, a tese foi estruturada em três estudos complementares. No primeiro estudo, avaliou-se a toxicidade do rejeito isolado e a resposta de organismos edáficos padronizados à exposição do rejeito combinado com ao agrotóxico em solos com deposição de rejeitos e em solos de referência. Foram utilizados como organismos-teste Folsomia candida, Enchytraeus crypticus e Eisenia andrei. Os resultados indicaram que o rejeito isolado apresentou baixos efeitos ecotoxicológicos para as espécies avaliadas. Entretanto, quando o agrotóxico foi aplicado, observou-se maior sensibilidade das espécies nos solos com deposição de rejeitos em comparação aos solos de referência, evidenciando que a resposta biológica aos contaminantes pode variar em função das características do solo. No segundo estudo, investigaram-se processos biológicos do solo e a estrutura da comunidade de organismos edáficos associados à manutenção do funcionamento ecológico. Foram integradas três linhas de evidência: física, química e biológica. Os solos com deposição de rejeitos apresentaram maior pH, maior densidade e enriquecimento em Fe e Mn. Do ponto de vista biológico, foram observadas reduções superiores a 50% na biomassa microbiana, na respiração basal e nas atividades enzimáticas. A comunidade de mesofauna apresentou simplificação estrutural, caracterizada por redução da diversidade e predominância de Hymenoptera. No terceiro estudo, aplicou-se uma abordagem integrada de Avaliação de Risco Ecológico (ERA) baseada no modelo da Triad Holandesa, tradicionalmente estruturado nas linhas de evidência química, ecotoxicológica e ecológica. Como inovação metodológica, foi incorporada uma quarta linha de evidência baseada em atributos físicos do solo. Embora o risco integrado derivado da avaliação química tenha sido classificado como baixo, em função dos baixos teores de elementos potencialmente tóxicos, as linhas de evidência ecológica e física indicaram alterações relevantes nas propriedades do solo, incluindo compactação, redução da porosidade e baixa biomassa microbiana. Os índices de qualidade do solo (SQI) corroboraram esses resultados e evidenciaram que alterações em atributos físicos podem contribuir para explicar os efeitos observados nos demais componentes do sistema. De forma integrada, os resultados demonstram que, mesmo oito anos após o rompimento da barragem, os solos com deposição de rejeitos apresentam alterações persistentes em atributos físicos e biológicos associados ao funcionamento ecológico do solo. Esses resultados demonstram que avaliações baseadas exclusivamente em parâmetros químicos podem subestimar alterações ecológicas persistentes em áreas afetadas por 10 rejeitos de mineração. A incorporação de atributos físicos do solo em abordagens integradas de avaliação ambiental contribui para uma interpretação mais robusta dos processos que regulam o funcionamento ecológico e a recuperação desses sistemas. palavras-chave: ecossistemas do solo, rejeitos de mineração, risco ecológico, qualidade do solo, fauna edáfica; atividade microbiana

Abstract

The failure of the Fundão tailings dam in 2015 in Mariana (Minas Gerais, Brazil) released millions of cubic meters of iron mining tailings that dispersed along the Doce River basin, affecting terrestrial ecosystems. Despite the extensive documentation of the initial impacts, uncertainties remain regarding how the deposition of these tailings’ influences, in the medium term, soil organisms and the biological processes responsible for maintaining the ecological functioning of affected soils. In this context, this thesis investigated how the deposition of mining tailings influences soil chemical, physical, and biological attributes and how these alterations are reflected in the response of soil organisms to environmental stressors and in ecological risk assessment in soils with tailings deposition eight years after the dam failure. To address this objective, the thesis was structured into three complementary studies. In the first study, the toxicity of tailings alone and the response of standardized soil organisms to exposure to tailings combined with a pesticide were evaluated in soils with tailings deposition and in reference soils. The test organisms used were Folsomia candida, Enchytraeus crypticus, and Eisenia andrei. The results indicated that the tailings alone produced low ecotoxicological effects on the evaluated species. However, when the pesticide was applied, greater sensitivity of the species was observed in soils with tailings deposition compared with reference soils, indicating that biological responses to contaminants may vary depending on soil characteristics. In the second study, soil biological processes and the structure of soil organism communities associated with the maintenance of ecological functioning were investigated. Three lines of evidence were integrated: physical, chemical, and biological. Soils with tailings deposition showed higher pH, greater bulk density, and enrichment in Fe and Mn. From a biological perspective, reductions exceeding 50% were observed in microbial biomass, basal respiration, and enzymatic activities. The mesofauna community showed structural simplification, characterized by reduced diversity and the predominance of Hymenoptera. In the third study, an integrated Ecological Risk Assessment (ERA) approach based on the Dutch Triad model was applied, traditionally structured around chemical, ecotoxicological, and ecological lines of evidence. As a methodological innovation, a fourth line of evidence based on soil physical attributes was incorporated. Although the integrated risk derived from the chemical assessment was classified as low due to the low concentrations of potentially toxic elements, the ecological and physical lines of evidence indicated relevant alterations in soil properties, including compaction, reduced porosity, and low microbial biomass. Soil Quality Index (SQI) values corroborated these findings and showed that alterations in physical attributes may help explain the effects observed in other system components. Overall, the results demonstrate that even eight years after the dam failure, soils with tailings deposition still exhibit persistent alterations in physical and biological attributes associated with soil ecological functioning. These findings indicate that assessments based exclusively on chemical parameters may underestimate persistent ecological alterations in areas affected by mining tailings. Incorporating soil physical attributes into integrated environmental assessment approaches contributes to a more robust interpretation of the processes regulating ecological functioning and recovery in these systems. Keywords: soil ecosystems; mining tailings; ecological risk; soil quality; soil fauna; microbial activity

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Área de concentração

Biologia, microbiologia e processos biológicos do solo

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REIS, Tamires Rodrigues dos. Ecological risk assessment and soil quality in areas impacted by iron mining tailings deposition. 2025. 123 p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Lavras, 2025.

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