Abatement technologies for road surface run-off

Heavy metals, primarily zinc, copper, lead, and chromium, and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are the main hazardous constituents of road runoff. The main sources of these contaminants are vehicle emission, mostly through wear and leakage, although erosion of the road surface and de-icing salts are also recognised pollution sources. The bioavailability of these toxic compounds, and more importantly their potential biomagnification along food chains, could affect aquatic communities persistently exposed to road runoff. Several internationally approved abatement technologies are available for the management of road runoff on new motorway schemes. Recent studies conducted in Cork and Dublin, Ireland demonstrated the efficacy of infiltration trenches as abatement technologies in the removal of both heavy metals and PAHs prior to discharge; the technology was however inefficient in mitigating first flush events. Gully traps with sedimentation chambers, another technology investigated, demonstrated to have a substantially lower removal potential but appeared to be more effective in attenuating surges of contaminants attributed to first flush events. Consequently the employment of combined abatement techniques could efficiently minimise deviations from required effluent concentrations. The studies determined a relatively stationary accumulation of heavy metals and PAHs in sediments close to the point of discharge with a rapid decline in concentration in nearby downstream sediments (<50m). Further, Microtox® Solid Phase testing reported a negligible impact on assemblages exposed to contaminated sediments for all sites investigated. This paper describes pollutant loading from road runoff and mitigation measures from a freshwater deterioration in a water quality perspective. The results and analysis of field samples collected adjacent to a number of roads and motorways in Ireland is also presented. Finally sustainable drainage systems, abatement techniques and technologies available for onsite treatment of runoff are presented to improve and mitigate impacts of vehicular transport on the environment.

Contrasting effects of a nonionic surfactant on the biotransformation of polycyclic aromatic hydrocarbons to cis-dihydrodiols by soil bacteria

The biotransformation of the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) naphthalene and phenanthrene was investigated by using two dioxygenase-expressing bacteria, Pseudomonas sp. strain 9816/11 and Sphingomonas yanoikuyae B8/36, under conditions which facilitate mass-transfer limited substrate oxidation. Both of these strains are mutants that accumulate cis-dihydrodiol metabolites under the reaction conditions used. The effects of the nonpolar solvent 2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane (HMN) and the nonionic surfactant Triton X-100 on the rate of accumulation of these metabolites were determined. HMN increased the rate of accumulation of metabolites for both microorganisms, with both substrates. The enhancement effect was most noticeable with phenanthrene, which has a lower aqueous solubility than naphthalene. Triton X-100 increased the rate of oxidation of the PAHs with strain 9816/11 with the effect being most noticeable when phenanthrene was used as a substrate. However, the surfactant inhibited the biotransformation of both naphthalene and phenanthrene with strain B8/36 under the same conditions. The observation that a nonionic surfactant could have such contrasting effects on PAH oxidation by different bacteria, which are known to be important for the degradation of these compounds in the environment, may explain why previous research on the application of the surfactants to PAH bioremediation has yielded inconclusive results. The surfactant inhibited growth of the wild-type strain S. yanoikuyae B1 on aromatic compounds but did not inhibit B8/36 dioxygenase enzyme activity in vitro.

Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) dispersion and deposition to vegetation and soil following a large scale chemical fire

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined in soil and vegetation following a large scale chemical fire involving 10,000 ton of polypropylene. In comparison with sites outside the plume from the fire, PAH concentrations were elevated in grass shoots (by up to 70-fold) and in soil (by up to 370-fold). The pattern of PAH dispersion under the plume was dependent on the physical-chemical properties of individual PAHs. The lighter, least hydrophobic PAHs were dispersed into the environment at greater distances than heavier, more hydrophobic PAHs. At the most distant sampling point (4.5 km) under the plume, the low molecular weight PAHs were still considerably elevated in vegetation samples compared to control sites. Dispersion appeared to be regulated by the compounds partitioning between the vapour and particulate phase, with dry particulate deposition occurring closer to the fire source than gaseous deposition. For all PAHs, the fire resulted in greater contamination of soils compared to grasses, with the relative ratio of plant/soil contamination decreasing as hydrophobicity increased.

Galactic Bulge PNe:Carbon molecules in oxygen-rich environments

Galactic bulge planetary nebulae show evidence of mixed chemistry with emission from both silicate dust and PAHs. This mixed chemistry is unlikely to be related to carbon dredge up, as third dredge-up is not expected to occur in the low mass bulge stars. We show that the phenomenon is widespread, and is seen in 30 nebulae out of our sample of 40. A strong correlation is found between strength of the PAH bands and morphology, in particular, the presence of a dense torus. A chemical model is presented which shows that hydrocarbon chains can form within oxygen-rich gas through gas-phase chemical reactions. We conclude that the mixed chemistry phenomenon occurring in the galactic bulge planetary nebulae is best explained through hydrocarbon chemistry in an UV-irradiated, dense torus. © 2012 International Astronomical Union.

Phase I and II biotransformation enzymes and polycyclic aromatic hydrocarbons in the Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis, Lamarck, 1819) collected in front of an oil refinery

The aim of the present study was to investigate the responses of phase I and II biotransformation enzymes and levels of PAHs in the Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis, Lamarck, 1819) collected from three sites at different distance from an oil refinery. Phase I enzyme activities as NAD(P)H-cyt c red, NADH ferry red, B(a)PMO and phase II as UDPGT. GST were measured in digestive gland while 16 PAHs (US-EPA) in whole soft tissue. An added value to the data obtained in the present study rely on the RDA analysis which showed close correlations between PAHs levels and phase I enzyme activities in mussels collected in front of the refinery. And again a significant spatial correlation between B(a)P levels and NADPH-cyt c red activities was observed using linear models. No differences among sites for B(a) PMO and phase II GST activities were observed, while the application of UDPGT as biomarkers requires further investigation. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Spitzer Space Telescope spectra of post-AGB stars in the large magellanic Cloud-polycyclic aromatic hydrocarbons at low metallicities

This paper reports variations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) features that were found in Spitzer Space Telescope spectra of carbon-rich post-asymptotic giant branch (post-AGB) stars in the Large Magellanic Cloud (LMC). The paper consists of two parts. The first part describes our Spitzer spectral observing programme of 24 stars including post-AGB candidates. The latter half of this paper presents the analysis of PAH features in 20 carbon-rich post-AGB stars in the LMC, assembled from the Spitzer archive as well as from our own programme.We found that five post-AGB stars showed a broad feature with a peak at 7.7 μm, that had not been classified before. Further, the 10-13 μm PAH spectra were classified into four classes, one of which has three broad peaks at 11.3, 12.3 and 13.3 μm rather than two distinct sharp peaks at 11.3 and 12.7 μm, as commonly found in HII regions. Our studies suggest that PAHs are gradually processed while the central stars evolve from post-AGB phase to planetary nebulae, changing their composition before PAHs are incorporated into the interstellar medium. Although some metallicity dependence of PAH spectra exists, the evolutionary state of an object is more significant than its metallicity in determining the spectral characteristics of PAHs for LMC and Galactic post-AGB stars. © 2014 The Authors Published by Oxford University Press on behalf of the Royal Astronomical Society.

Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in an Urban Soil Dataset

We compare a suite of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Parent PAHs) in soils and air across an urban area (Belfast UK). Isomeric PAH ratios suggest that soil PAHs are mainly from a combustion source. Fugacity modelling across a range of soil temperatures predicts that four ring and larger PAHs from pyrene to indeno[1,2,3–cd]pyrene all partition strongly (>98%) to the soil compartment. This modelling also implies that these PAHs do not experience losses through partitioning to other phases (air, water) due to soil temperature effects. Such modelling may help in understanding the overall contaminantdistribution in soils. The air and soil data together with modelling suggests that care must be taken when considering isomeric ratios of compounds with mass lighter than 178 (i.e. phenanthrene and anthracene) in the soil phase. Comparison of duplicate and replicate samples suggest that field sampling of duplicates dominates uncertainty and validated methodologies for selection of field duplicates and lab splitting are required. As the urban soil four ring PAHs are at equilibrium in the soil phase, and have characteristic ratios that are dominated by a combustion source that is a single controlling factor over spatial distribution, methods that calculate background concentrations can be compared.

Enchytraeid worms retard polycyclic aromatic hydrocarbon degradation in a coniferous forest soil

In this study the fate of naphthalene, fluorene and pyrene were investigated in the presence and absence of enchytraeid worms. Microcosms were used, which enabled the full fate of ¹⁴C-labelled PAHs to be followed. Between 60 and 70% of naphthalene was either mineralised or volatilised, whereas over 90% of the fluorene and pyrene was retained within the soil. Mineralisation and volatilisation of naphthalene was lower in the presence of enchytraeid worms. The hypothesis that microbial mineralisation of naphthalene was limited by enchytraeids because they reduce nutrient availability, and hence limit microbial carbon turnover in these nutrient poor soils, was tested. Ammonia concentrations increased and phosphorus concentrations decreased in all microcosms over the 56 d experimental period. The soil nutrient chemistry was only altered slightly by enchytraeid worms, and did not appear to be the cause of retardation of naphthalene mineralisation. The results suggest that microbial availability and volatilisation of naphthalene is altered as it passes through enchytraeid worms due to organic material encapsulation. © 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Degradation of the polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) fluorene is retarded in a Scots pine ectomycorrhizosphere

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are an important class of persistent organic pollutants (POPs) in the environment and accumulate in forest soils. These soils are often dominated by ectomycorrhizal (EcM) roots, but little is known about how EcM fungi degrade PAHs, or the overall effect of field colonized EcM roots on the fate of PAHs. The ability of eight EcM fungi to degrade PAHs in liquid culture spiked with ¹⁴C labelled PAHs was investigated. Microcosms were used to determine the impact of naturally colonized mycorrhizal pine seedlings on PAH mineralization and volatilization. Only two EcM fungi (Thelephora terrestris and Laccaria laccata) degraded at least one PAH and none were able to mineralize the PAHs in pure culture. Where degradation occurred, the compounds were only mono-oxygenated. EcM pine seedlings did not alter naphthalene mineralization or volatilization but retarded fluorene mineralization by 35% compared with unplanted, ectomycorrhizosphere soil inoculated, microcosms. The EcM fungi possessed limited PAH degrading abilities, which may explain why EcM dominated microcosms retarded fluorene mineralization. This observation is considered in relation to the 'Gadgil-effect', where retarded litter decomposition has been observed in the presence of EcM roots. © New Phytologist (2004).

Fluxes of organic contaminants from the river catchment into, through and out of the Humber Estuary, UK

This paper summarises the work done on the distribution and reactivity of organic contaminants (simazine, atrazine, lindane, fluoranthene, pyrene, PCB 77, PCB 118) in the Humber Estuary and associated major rivers, as part of the LOIS programme. The preliminary flux calculations show that the most important contributors of selected organic contaminants were the rivers Trent (45% of simazine, 20% of atrazine), Aire (30% of simazine and 33% of atrazine), Don (36 and 37% of fluoranthene and pyrene) and Ouse (18% of fluoranthene and pyrene). For lindane and PCBs, the Aire and Ouse were the key sources. The water flow in all the rivers shows strong seasonal variations, as do the contaminant concentrations. As a result, the mean daily fluxes of these contaminants displayed a strong seasonality. Annual mean concentrations of simazine and atrazine decreased by more than 50% over the period 1994-1995 in most of the rivers, probably as a result of their restricted use in the UK. Mass balance calculations show that the Humber is a sink for atrazine, lindane, PCB 77 and PCB 118, although the degree of removal is generally much lower for atrazine and lindane than for PCB 77 and PCB 118. Mass balance results also show that the Humber can either be a source of fluoranthene and pyrene (in the suspended particulate phase), or a sink (in the dissolved phase), although overall the Humber acts as sink. The budget exercise represents an attempt to quantify the input and output of selected organic contaminants from catchment to ocean. However, due to limited data and assumptions involved in calculations, the estimates should be considered as an order of magnitude approximation. Further improvement both in resolution and accuracy is required.

Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems

As zonas costeiras, estuarinas e lagunares são consideradas áreas muito produtivas e dotadas de grande biodiversidade sendo, por isso, consideradas de elevado valor ecológico e económico. No entanto, nas últimas décadas tem vindo a verificar-se um aumento da contaminação destes ecossistemas como resultado de diversas actividades antrópicas. As abordagens actualmente disponíveis para avaliação do impacto da poluição em ecossistemas estuarinos e lagunares apresentam diversos tipos de lacunas, pelo que é importante desenvolver metodologias mais eficazes com organismos autóctones. Neste contexto, o objectivo central desta dissertação consistiu em desenvolver e validar métodos ecologicamente relevantes para avaliação da contaminação estuarina e dos seus efeitos, utilizando o góbio-comum (Pomatoschistus microps), quer como organismo-teste quer como espécie sentinela, devido à importante função que desempenha nas cadeias tróficas de diversos estuários da costa Portuguesa. A Ria de Aveiro foi seleccionada como área de estudo principalmente pelo facto de possuir zonas com diferentes tipos de contaminação predominante e de haver conhecimento científico de base abundante e de elevada qualidade sobre este ecosistema. Na primeira fase do estudo, foram investigados os efeitos agudos de dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) (benzo[a]pireno e antraceno), de um fuel-óleo e de dois metais (cobre e mercúrio) em P. microps, utilizando ensaios laboratoriais baseados em biomarcadores e em parâmetros comportamentais, os quais foram avaliados utilizando um dispositivo expressamente desenvolvido para o efeito, designado por speed performance device (SPEDE). Como biomarcadores foram utilizados parâmetros envolvidos em funções fisiológicas determinantes para a sobrevivência e desempenho dos animais (neurotransmissão, obtenção de energia, destoxificação e defesas anti-oxidantes), nomeadamente a actividade das enzimas acetilcolinesterase, lactato desidrogenase, CYP1A1, glutationa S-transferases, glutationa reductase, glutationa peroxidase, superóxido dismutase, catalase, tendo ainda sido determinados os níveis de peroxidação lipídica como indicador de danos oxidativos. De forma global, os resultados indicaram que os agentes e a mistura testados têm a capacidade de interferir com a função neurológica, de alterar as vias utilizadas para obtenção de energia celular, induzir as defesas antioxidantes e, no caso do cobre e do mercúrio, de causarem peroxidação lipídica. Foram ainda obtidas relações concentração-resposta a nível dos parâmetros comportamentais testados, nomeadamente a capacidade de nadar contra a corrente e a distância percorrida a nadar contra o fluxo de água, sugerindo que os agentes testados podem, por exemplo, diminuir a capacidade de fuga aos predadores, as probabilidades de captura de presas e o sucesso reprodutivo. Na segunda fase, tendo sido já adaptadas técnicas para determinação de vários biomarcadores em P. microps e estudada a sua resposta a dois grupos de poluentes particularmente relevantes em ecossistemas estuarinos e lagunares (metais e HAPs), foi efectuado um estudo de monitorização utilizando P. microps como bioindicador e que incluiu diversos parâmetros ecológicos e ecotoxicológicos, nomedamente: 20 parâmetros indicativos da qualidade da água e do sedimento, concentração de 9 metais em sedimentos e no corpo de P. microps, 8 biomarcadores e 2 índices de condição na espécie seleccionada. A amostragem foi efectuada em quatro locais da Ria de Aveiro, um considerado como referência (Barra) e três com diferentes tipos predominantes de contaminação (Vagueira, Porto de Aveiro e Cais do Bico), sazonalmente, durante um ano. Os resultados obtidos permitiram uma caracterização ecotoxicológica dos locais, incluindo informação sobre a qualidade da água, concentrações de contaminantes ambientais prioritários nos sedimentos e nos tecidos de P. microps, capacidade desta espécie para bioacumular metais, efeitos exercidos pelas complexas misturas de poluentes presentes em cada uma das zonas de amostragem nesta espécie e possíveis consequências para a população. A análise multivariada permitiu analisar de forma integrada todos os resultados, proporcionando informação que não poderia ser obtida analisando os dados de forma compartimentalizada. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta dissertação indicam que P. microps possui características adequadas para ser utilizado como organismoteste em ensaios laboratoriais (e.g. abundância, fácil manutenção, permite a determinação de diferentes tipos de critérios de efeito utilizando um número relativamente reduzido de animais, entre outras) e como organismo sentinela em estudos de monitorização da poluição e da qualidade ambiental, estando portanto de acordo com estudos de menor dimensão previamente efectuados. O trabalho desenvolvido permitiu ainda adaptar a P. microps diversas técnicas bioquímicas vulgarmente utilizadas como biomarcadores em Ecotoxicologia e validá-las quer no laboratório quer em cenários reais; desenvolver um novo bioensaio, utilizando um dispositivo de teste especialmente concebido para peixes epibentónicos baseado na performance natatória de uma espécie autóctone e em biomarcadores; relacionar os efeitos a nível bioquímico com parâmetros comportamentais que ao serem afectados podem reduzir de forma drástica e diversificada (e.g. aumento da mortalidade, diminuição do sucesso reprodutivo, redução do crescimento) a contribuição individual para a população. Finalmente, foi validada uma abordagem multidisciplinar, combinando metodologias ecológicas, ecotoxicológicas e químicas que, quando considerada de forma integrada utilizando análises de estatística multivariada, fornece informação científica da maior relevância susceptível de ser utilizada como suporte a medidas de conservação e gestão em estuários e sistemas lagunares.

Efeitos genotóxicos e bioquímicos de xenobióticos em animais aquáticos

No presente trabalho, foi estudado um largo espectro de efeitos genotóxicos e bioquímicos na tainha-garrento (Liza aurata). Nos Capítulos II e III são descritos os efeitos de exposição de curta duração ao fenantreno, um hidrocarboneto aromático policíclico (HAP). A exposição de curta duração (16 horas) demonstrou a capacidade deste composto induzir a actividade da enzima de fase I da biotransformação, etoxiresorufina O-desetilase (EROD), provocar decréscimos de integridade no ADN hepático e aumento de anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Em termos de respostas de stresse, os níveis plasmáticos de cortisol e glucose aumentaram face à exposição a este HAP. A exposição ao fenantreno induziu o decréscimo da glutationa peroxidase (GPx) nas guelras, enquanto que no fígado a actividade da GPx aumentou. No rim, a actividade da glutationa S-transferase (GST) foi inibida. Nas guelras, verificou-se um aumento da catalase. O fenantreno demonstrou igualmente a capacidade de induzir um aumento dos níveis de glutationa nas guelras e fígado. Estas respostas demonstraram a sensibilidade de L. aurata, a este HAP, realçando a especificidade das respostas em termos de órgãos. Apesar dos aumentos das defesas antioxidantes, o potencial tóxico deste composto foi demonstrado pelo aumento da peroxidação lipídica nos três órgãos. Nos capítulos seguintes, são descritas as respostas de L. aurata capturada na Ria de Aveiro, em locais com diferentes perfis de contaminação, inicialmente no Outono de 2005 (Capítulos III a IX) e posteriormente analisando respostas sazonais (Capítulos X e XI). A análise de respostas de stresse (cortisol, glucose e lactato) revelou que L. aurata capturada em Vagos (local contaminado por HAPs) apresentava níveis baixos de cortisol, enquanto que no Laranjo (local contaminado por mercúrio) apresentavam elevados níveis de glucose e lactato. Relativamente às hormonas do eixo hipotálamo – hipófise – tiróide (HHT), foram observados elevados níveis plasmáticos da hormona estimuladora da tiróide (TSH) nos organismos capturados no Laranjo, baixos níveis de tiroxina (T4) nos organismos da Barra (local sujeito a tráfego naval) e baixos níveis de triiodotironina (T3) no Rio Novo do Príncipe (próximo de um antigo efluente de pasta de papel), Laranjo e Vagos. A avaliação das defesas antioxidantes, dano oxidativo e genotóxico nas guelras, rim e fígado revelou diferenças significativas nas respostas dos órgãos. L. aurata capturada na Barra apresentou dano oxidativo nas guelras (Capítulo V). No rim foi detectada uma diminuição da integridade do ADN no Rio Novo do Príncipe e Vagos (Capítulo VI), enquanto que no fígado foi observado dano lipídico na Gafanha e Vagos (Capítulo VIII). O dano não esteve sempre associado a um decréscimo das defesas. As análises da água e do sedimento da Ria de Aveiro (Outono de 2005) revelaram elevadas concentrações de metais (Cd, Hg, Cu e Zn),principalmente, no Laranjo e Rio Novo do Príncipe. L. aurata capturada nestes locais apresentou os níveis mais elevados de metalotioninas hepáticas (Capítulo VII) que parecem responsáveis pela inexistência de danos no fígado (Capítulo VIII). O dano oxidativo no ADN, avaliado através da quantificação dos níveis plasmáticos de 8-hidroxi-2-desoxiguanosina (8-OHdG) e o dano clastogénico/aneugénico, avaliado através da quantificação da frequência de ANE, foram estudados, no Outono de 2005, em duas espécies de peixes (L. aurata e Dicentrarchus labrax - robalo) (Capítulo IX). Os resultados revelaram grande sensibilidade de D. labrax em termos de dano oxidativo no ADN na Gafanha, Rio Novo do Príncipe e Vagos, enquanto que L. aurata apresentou dano oxidativo apenas no Laranjo. O aumento da frequência de ANE apenas foi detectado em L. aurata, em Vagos, não se tendo detectado correlação entre estes dois parâmetros. O estudo sazonal (Maio de 2006 a Março de 2007) do dano oxidativo no ADN e frequência de ANE em L. aurata (Capítulo X) demonstrou a variação destes parâmetros com a estação do ano, apesar de não se ter verificado correlação com os parâmetros hidrológicos determinados. No entanto, no local de referência não se verificaram diferenças sazonais, o que sugere que estes biomarcadores reflectem variações de biodisponibilidade de contaminantes. A análise global dos resultados das diferentes estações do ano revelou que L. aurata capturada no Rio Novo do Príncipe e em Vagos apresentou maior susceptibilidade a dano oxidativo no ADN. No entanto, apenas L. aurata capturada em Vagos apresentou frequência de ANE superior à do local de referência. Os dados do estudo sazonal revelaram uma correlação entre dano oxidativo e ANE, sugerindo o stresse oxidativo como um possível mecanismo envolvido na formação de anomalias. A integridade do ADN das guelras, rim, fígado e sangue de L. aurata foi igualmente estudada ao longo de um ano (Capítulo XI), tendo-se verificado uma grande variabilidade ao longo deste período. Não foi demonstrada sensibilidade a um perfil de contaminação específico, tendo-se verificando variabilidade sazonal no local de referência. Globalmente, os resultados demonstraram a importância da utilização de uma bateria de biomarcadores na monitorização ambiental e a especificidade da resposta dos diferentes órgãos de L. aurata.

Distribuição por tamanhos do aerosol atmosférico na Península Ibérica

Um dos principais fatores que afetam negativamente a qualidade do ambiente em muitas cidades em todo o mundo é o material particulado (PM). A sua presença na atmosfera pode ter impactos negativos na saúde humana, clima, património edificado e ecossistemas. Muitos dos estudos realizados em áreas urbanas focam apenas as frações respiráveis (PM10 e PM2,5). No entanto, os processos de formação, a identificação das fontes emissoras e os efeitos dependem muito da distribuição granulométrica das partículas. A atenção tem recaído na análise de hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), devida à sua carcinogenicidade e a informação disponível sobre outros compostos é escassa. O presente estudo consistiu na obtenção do PM distribuído por diferentes frações de tamanho e na análise detalhada da sua composição química, em dois locais urbanos da Península Ibérica (Madrid e Lisboa). Dado que os veículos representam uma das principais fontes emissoras em ambientes urbanos, efetuou-se uma caracterização mais detalhada deste tipo de emissões, conduzindo uma campanha de amostragem num túnel rodoviário (Marquês de Pombal, Lisboa). As amostragens, em ambas as cidades, decorreram durante um mês, quer no verão quer no inverno, em dois locais urbanos distintos, um junto a uma via com influência de tráfego e outro numa área urbana de fundo. No túnel a amostragem foi realizada apenas durante uma semana. Em Madrid e no túnel, o PM foi recolhido utilizando um amostrador de elevado volume com impactor em cascata com quatro tamanhos: 10-2,5, 2,5-0,95, 0,95-0,49 e < 0,49 μm. Em Lisboa, foi utilizado um impactor em cascata com apenas dois tamanhos, 10- 2,5 e < 2,5 μm. As amostras foram quimicamente analisadas e determinadas as concentrações de compostos carbonados (OC, EC e carbonatos), iões inorgânicos solúveis em água (Cl−, NO3−, SO42−, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+),metais e compostos orgânicos. Em Madrid, as concentrações médias de PM10 foram 44 e 48% maiores nas amostras recolhidas junto à estrada do que as de fundo urbano no verão e inverno, respetivamente. A fração grosseira e o PM0,5 apresentaram concentrações mais elevadas no verão do que no inverno devido às condições climatéricas pouco usuais. No verão, as amostragens decorreram num mês em que as temperaturas foram muito elevadas e em que ocorreram vários episódios de intrusão de poeira africana. Durante o período de amostragem de inverno, as temperaturas foram muito baixas e registaram-se vários dias de precipitação quer sob a forma de chuva, quer sob a forma de neve. As situações meteorológicas sinóticas mais comuns, incluindo aquelas que causam o transporte de massas de ar com poeiras Africanas, foram identificadas em ambas as estações do ano. As concentrações mássicas de PM10, EC e OC foram encontrados predominantemente na fração de tamanho ultrafino em ambos os locais de amostragem e estações do ano. Nas restantes frações não se observou nenhuma tendência sazonal. O carbono orgânico secundário (SOC) mostrou um claro padrão sazonal, com concentrações muito mais elevadas no verão do que no inverno, em ambos os lugares. A partir do balanço mássico de iões, observou-se que, no verão, a formação de compostos inorgânicos secundários (SIC) conduziu a um enriquecimento pouco comum de Ca2+ na fração submicrométrica, quer nas amostras de tráfego, quer em fundo urbano. Os alcanos, PAHs, os álcoois e os ácidos foram as classes de compostos orgânicos identificados e quantificados no material particulado. Globalmente, representaram 0,26 e 0,11 μg m−3 no verão e inverno, respetivamente, no local de tráfego e 0,28 e 0,035 μg m−3 na área urbana de fundo. Os diferentes compostos orgânicos também apresentaram padrões sazonais, sugerindo fontes de emissão (e.g. escapes dos veículos e fontes biogénicas) ou processos de formação com contribuições variáveis ao longo do ano. As concentrações de benzoapireno equivalente foram menores que 1 ng m-3 e o risco carcinogénico estimado é baixo. No verão, os maiores enriquecimentos de metais ocorreram na fração submicrométrica, e no inverno na fração grosseira. No verão, os enriquecimentos foram ≥ 80% para o Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb e Co, no inverno, estes traçadores de emissões do tráfego foram menores, exceto para o Zn. Em Lisboa, a concentração média de PM10 foi de 48 μg m-3 no verão e de 44 μg m-3 no inverno, junto à estrada. Na área de fundo urbano, registaram-se níveis comparáveis nas duas estações (27 μg m-3 e 26 μg m-3). A média do rácio PM2,5/PM10 foi de 65% no verão e 44% no inverno na área de tráfego e 62% e 59% na área urbana de fundo. Estes resultados significam que o PM2,5 é um dos principais contaminantes que afetam a qualidade do ar no centro da cidade de Lisboa. A relação OC/EC, que reflete a composição das emissões de combustão dos veículos, variou entre 0,3 e 0,4 no interior do túnel. Os rácios de OC/EC mínimos obtidos junto às vias de tráfego em Madrid e em Lisboa encontram-se entre os do túnel e os registados em atmosferas urbanas de fundo, sugerindo que os valores mínimos habitualmente obtidos para este parâmetro em ambientes urbanos abertos sobrestimam as emissões diretas de OC pelo transporte rodoviário. Espera-se que os resultados deste trabalho contribuam para suprir, pelo menos em parte, as lacunas de informação quer sobre a composição de várias granulometrias de PM, quer sobre fontes e processos de formação em atmosferas urbanas. Como a exposição a poluentes do ar ultrapassa o controle dos indivíduos e exige ação das autoridades públicas a nível nacional, regional e até mesmo internacional, é importante propor medidas mitigadoras focadas nas principais fontes de emissão identificadas.

Organic contaminants in urban soils: major inputs and potential risks

Urban soil quality may be severely affected by hydrophobic organic contaminants (HOCs), impairing environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two contrasting Portuguese urban areas (Lisbon and Viseu) in order to assess the levels and potential risks of these contaminants, to identify sources and study their behaviour in soils. The concentrations of HOCs were related to the size of the city, with much higher contamination levels observed in Lisbon urban area. Source apportionment was performed by studying the HOCs profiles, their relationship with potentially toxic elements and general characteristics of soil using multivariate statistical methods. Lisbon seems to be affected by nearby sources (traffic, industry and incineration processes) whereas in Viseu the atmospheric transport may be playing an important role. In a first tier of risk assessment (RA) it was possible to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Lisbon soils as a potential hazard. The levels of PAHs in street dusts were further studied and allowed to clarify that traffic, tire and pavement debris can be an important source of PAHs to urban soils. Street dusts were also identified as being a potential concern regarding human and environmental health, especially if reaching the nearby aquatic bodies. Geostatistical tools were also used and their usefulness in a RA analysis and urban planning was discussed. In order to obtain a more realistic assessment of risks of HOCs to environment and human health it is important to evaluate their available fraction, which is also the most accessible for organisms. Therefore, a review of the processes involved on the availability of PAHs was performed and the outputs produced by the different chemical methods were evaluated. The suitability of chemical methods to predict bioavailability of PAHs in dissimilar naturally contaminated soils has not been demonstrated, being especially difficult for high molecular weight compounds. No clear relationship between chemical and biological availability was found in this work. Yet, in spite of the very high total concentrations found in some Lisbon soils, both the water soluble fraction and the body residues resulting from bioaccumulation assays were generally very low, which may be due to aging phenomena. It was observed that the percentage of soluble fraction of PAHs in soils was found to be different among compounds and mostly regulated by soil properties. Regarding bioaccumulation assays, although no significant relationship was found between soil properties and bioavailability, it was verified that biota-to-soil bioaccumulation factors were sample dependent rather than compound dependent. In conclusion, once the compounds of potential concern are targeted, then performing a chemical screening as a first tier can be a simple and effective approach to start a RA. However, reliable data is still required to improve the existing models for risk characterization.

Microbe-mediated recovery of salt marshes contaminated with oil hydrocarbons

Salt marshes are highly productive intertidal habitats that serve as nursery grounds for many commercially and economically important species. Because of their location and physical and biological characteristics, salt marshes are considered to be particularly vulnerable to anthropogenic inputs of oil hydrocarbons. Sediment contamination with oil is especially dangerous for salt marsh vegetation, since low molecular weight aromatic hydrocarbons can affect plants at all stages of development. However, the use of vegetation for bioremediation (phytoremediation), by removal or sequestration of contaminants, has been intensively studied. Phytoremediation is an efficient, inexpensive and environmental friendly approach for the removal of aromatic hydrocarbons, through direct incorporation by the plant and by the intervention of degrading microbial populations in the rhizosphere (microbe-assisted phytoremediation). Rhizosphere microbial communities are enriched in important catabolic genotypes for degradation of oil hydrocarbons (OH) which may have a potential for detoxification of the sediment surrounding the roots. In addition, since rhizosphere bacterial populations may also internalize into plant tissues (endophytes), rhizocompetent AH degrading populations may be important for in planta AH degradation and detoxification. The present study involved field work and microcosms experiments aiming the characterization of relevant plant-microbe interactions in oilimpacted salt marshes and the understanding of the effect of rhizosphere and endosphere bacteria in the role of salt marsh plants as potential phytoremediation agents. In the field approach, molecular tools were used to assess how plant species- and OH pollution affect sediment bacterial composition [bulk sediment and sediment surrounding the roots (rhizosphere) of Halimione portulacoides and Sarcocornia perennis subsp. perennis] in a temperate estuary (Ria de Aveiro, Portugal) chronically exposed to OH pollution. In addition, the 16S rRNA gene sequences retrieved in this study were used to generate in silico metagenomes and to evaluate the distribution of potential bacterial traits in different microhabitats. Moreover, a combination of culture-dependent and -independent approaches was used to investigate the effect of oil hydrocarbons contamination on the structure and function of endophytic bacterial communities of salt marsh plants.Root systems of H. portulacoides and S. perennis subsp. perennis appear to be able to exert a strong influence on bacterial composition and in silico metagenome analysis showed enrichment of genes involved in the process of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) degradation in the rhizosphere of halophyte plants. The culturable fraction of endophytic degraders was essentially closely related to known OH-degrading Pseudomonas species and endophytic communities revealed sitespecific effects related to the level of OH contamination in the sediment. In order to determine the effects of oil contamination on plant condition and on the responses in terms of structure and function of the bacterial community associated with plant roots (rhizosphere, endosphere), a microcosms approach was set up. The salt marsh plant Halimione portulacoides was inoculated with a previous isolated Pseudomonas sp. endophytic degrader and the 2-methylnaphthalene was used as model PAH contaminant. The results showed that H. portulacoides health and growth were not affected by the contamination with the tested concentration. Moreover, the decrease of 2-methylnaphthalene at the end of experiment, can suggest that H. portulacoides can be considered as a potential plant for future uses in phytoremedition approaches of contaminated salt marsh. The acceleration of hydrocarbon degradation by inoculation of the plants with the hydrocarbon-degrading Pseudomonas sp. could not, however, be demonstrated, although the effects of inoculation on the structure of the endophytic community observed at the end of the experiment indicate that the strain may be an efficient colonizer of H. portulacoides roots. The results obtained in this work suggest that H. portulacoides tolerates moderate concentrations of 2-methylnaphthalene and can be regarded as a promising agent for phytoremedition approaches in salt marshes contaminated with oil hydrocarbons. Plant/microbe interactions may have an important role in the degradation process, as plants support a diverse endophytic bacterial community, enriched in genetic factors (genes and plasmids) for hydrocarbon degradation.