O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3411.pdf: 2299382 bytes, checksum: 44ff227a0e9cd4657b1aca56caa5179c (MD5) Previous issue date: 2010-12-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / The plants release primary and secondary metabolites in the environment that may influence the development of adjacent vegetation, this interference phenomenon is called allelopathy. It is recognized as an important ecological process because it interferes with the structure, distribution, composition and dynamics of plant communities. Studies on allelopathic interactions may be useful in the search for natural phytotoxins are produced by plants or microorganisms to be used as natural herbicides, more specific and less harmful to the environment. According to floristic survey conducted by IBGE, Myrtaceae family is one of the major in the cerrado ecosystem. This study attempted to clarify the following issues: species of Myrtaceae family present in the cerrado (Brazilian savanna) exhibit allelopathic potential? There is a similar allelopathic response within genera? Among the active species, which is most promising for starting a bioprospecting? Some of these species has potential as a herbicide for use in agroforestry or organic production of food? To answer these questions were conducted experiments of seed germination and seedling growth of target species cultivated and weedy, and chemical extraction of active compounds in leaves of Myrcia tomentosa. The leaves of Blepharocalyx salicifolius, Campomanesia pubescens, Eugenia bimarginata, Eugenia klotzschiana, Eugenia myrcianthes, Eugenia punicifolia, Myrcia bella, Myrcia lingua, Myrcia multiflora, Myrcia splendens, Myrcia tomentosa, Psidium australe, Psidium cinereum, Psidium laruotteanum and Psidium rufum were collected , cleaned, crushed and stored in plastic bags until use. In the first stage, were carried out the germination and growth bioassays using aqueous extracts of leaf in a concentration of 10% (w / v). We selected three target species, Lactuca sativa and Solanum lycopersicum, both eudicotyledonous and a monocotyledonous Allium cepa. The extracts were applied to all Myrtaceae species compared with the control (distilled water). In the second phase, bioassays were carried out using aqueous extracts of leaves at concentrations of 5 and 10% (w / v). We selected as target species three weeds Euphorbia heterophylla, Echinochloa crus-galli and Ipomoea grandifolia. The leaf extracts of B. salicifolius, M. multiflora, M. splendens and M. tomentosa were compared to negative control (distilled water) and positive (herbicide Oxyfluorfen). In the third stage were carried out biotests germination, growth, and coleoptile of wheat (Triticum aestivum) to direct chemical extraction of active compounds of M. tomentosa. The extractions were carried out using dried leaves powdered and organic solvents of different polarity, the extracts were fractionated using chromatographic column and purified by HPLC. The isolated and purified compounds were identified in RMN13C and RMN1H, by comparison of spectra. The results showed that aqueous extracts of twelve out of fifteen donor species evaluated showed allelopathic activity and each species showed a distinct behavior regarding the allelopathic activity, no grouping by taxonomic proximity. Evaluating the four species most active on weeds species, was detected the potential and efficiency of the extracts, since these were more toxic to weeds species than the herbicide. The leaf extracts of M. tomentosa stood out for demonstrating high activity even at low concentrations, so was chemical extraction from powdered of leaves of M. tomentosa were isolated two compounds from the ethyl acetate extract: juglanin and avicularin, the difference between ix both is the presence of one hydroxyl attached to carbon 3' in avicularin molecule, this difference has an phytotoxic effect more pronounced in the juglanin. This paper is the first report of the presence of the flavonoids kaempferol (juglanin) and quercetin (avicularin) in species of Myrtaceae of cerrado (Brazilian savanna) and gave foundation for future studies on bioprospecting of the M. tomentosa, which did not find any reports of allelopathic studies, fractionation and identification of chemical compounds. / Os vegetais liberam metabolitos primarios e secundarios no ambiente que podem influenciar no desenvolvimento da vegetacao adjacente, este fenomeno de interferencia e denominado alelopatia. E reconhecida como um processo ecologico importante, pois interfere na estrutura, distribuicao, composicao e dinamica de comunidades vegetais. Estudos sobre interacoes alelopaticas podem ser uteis na busca por fitotoxinas naturais, produzidas por plantas ou microrganismos a serem empregados como herbicidas naturais, mais especificos e menos prejudiciais ao ambiente. De acordo com inventario floristico realizado pelo IBGE a familia Myrtaceae e uma das principais em riqueza e diversidade no ecossistema de cerrado. Assim, este trabalho tentou esclarecer as seguintes questoes: especies da familia Myrtaceae presentes no cerrado apresentam potencial alelopatico? Existe semelhanca na resposta alelopatica dentro dos generos? Dentre as especies ativas, qual a mais promissora para se iniciar uma bioprospeccao? Alguma dessas especies apresenta potencial para utilizacao como herbicida em sistemas agroflorestais ou de producao organica de alimentos? Para responder essas perguntas foram realizados bioensaios de germinacao de diasporos e crescimento de plantulas, de especies alvo cultivadas e infestantes de cultura, e extracao quimica de compostos ativos em folhas de Myrcia tomentosa. As folhas maduras de Blepharocalyx salicifolius, Campomanesia pubescens, Eugenia bimarginata, Eugenia klotzschiana, Eugenia myrcianthes, Eugenia punicifolia, Myrcia bella, Myrcia lingua, Myrcia multiflora, Myrcia splendens, Myrcia tomentosa, Psidium australe, Psidium cinereum, Psidium laruotteanum e Psidium rufum foram coletadas, higienizadas, trituradas e armazenadas em embalagens plasticas ate a utilizacao. Na primeira etapa, os bioensaios de germinacao e crescimento, foram efetuados utilizando-se extratos aquosos de po de folhas em concentracao de 10% (p/v). Como especies receptoras foram selecionadas duas eudicotiledoneas Lactuca sativa e Solanum lycopersicum e, uma monocotiledonea Allium cepa, nas quais foram aplicados os extratos de todas as especies de Myrtaceae comparadas ao controle (agua destilada). Na segunda etapa, os bioensaios foram efetuados utilizando-se extratos aquosos de po de folhas em concentracao de 5 e 10% (p/v). Como especies receptoras foram selecionadas as infestantes de cultura Euphorbia heterophylla, Echinochloa crus-galli e Ipomoea grandifolia, nas quais foram aplicados os extratos de folhas de B. salicifolius, M. multiflora, M. splendens e M. tomentosa, comparadas ao controle negativo (agua destilada) e ao positivo (herbicida Oxifluorfem). Na terceira etapa, foram efetuados biotestes de germinacao, crescimento e de coleoptilo de trigo para direcionar a extracao quimica de compostos ativos de M. tomentosa. Para tanto as extracoes foram feitas empregando-se o po de folhas e os solventes organicos de diferentes polaridades. Os extratos foram fracionados em coluna cromatografica e purificados em CLAE. Os compostos isolados e purificados foram identificados em RMN13C e RMN1H, por comparacao de espectros. Os resultados mostraram que extratos aquosos de doze das quinze especies doadoras avaliadas apresentaram atividade alelopatica e cada especie demonstrou comportamento distinto em relacao a atividade alelopatica, nao houve agrupamento por proximidade taxonomica. Avaliando as quatro especies mais ativas sobre especies invasoras, constatou-se o potencial e a eficiencia dos extratos, uma vez que estes foram mais fitotoxicos as especies invasoras que o herbicida. O extrato foliar de M. tomentosa destacou-se por demonstrar elevada atividade mesmo em baixa concentracao, assim foi realizada a extracao quimica do po folhas desta especie. Foram isolados dois compostos do extrato acetato de etila: juglanina e avicularina, o que as diferencia e a hidroxila ligada ao carbono 3 na molecula de avicularina, esta diferenca produziu efeito fitotoxico mais acentuado da molecula de vii juglanina. O presente trabalho relatou pela primeira vez a presenca dos flavonoides kaempferol (juglanina) e quercetina (avicularina) em uma especie de Myrtaceae do cerrado e deu embasamento para futuros estudos relativos a bioprospeccao da especie Myrcia tomentosa, da qual nao se encontrou nenhum relato de estudos alelopaticos, fracionamento e identificacao de compostos quimicos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3436.pdf: 3258339 bytes, checksum: 7033f00ca9eab7b49ec141759f62e980 (MD5) Previous issue date: 2010-05-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / The methodology of the accelerated aging test controlled deterioration to achieve the physiological quality of Lafoensia glyptocarpa Koehne seeds, separated into light and dark seeds, and to correlate if these seeds have their color due to different stages of maturation or whether the color is original phenotypic. The initial quality of the seeds was obtained through the tests of moisture content, conductivity and seedling emergence in greenhouse. The accelerated aging test was conducted at 40ºC during 24, 48, and 72 hours, using the traditional, NaCl saturated solution and controlled deterioration. The research was conducted in a completely randomized design. The saturated salt accelerated aging test and controlled deterioration was efficient for vigor evaluation of Lafoensia glyptocarpa Koehne seeds, and the period of 48hours at 40ºC was considered as the most adequate procedure to evaluate seed vigor levels, leading to the belief that colored seeds come from different stages of maturation. / O presente trabalho teve por objetivo avaliar as diferentes formas de se efetuar o teste de envelhecimento acelerado e deterioração controlada para avaliação do potencial fisiológico de sementes de Lafoensia glyptocarpa Koehne, separadas em sementes claras e sementes escuras, e correlacionar se estas sementes têm sua coloração devido a diferentes estádios de maturação ou se a coloração é de origem fenotípicas. A avaliação inicial dessas sementes consistiu na determinação do grau de umidade, condutividade e emergência de plântulas em casa de vegetação. O envelhecimento artificial foi implementado a 40ºC durante 24, 48, e 72 h, com e sem uso de solução saturada de NaCl, e para o teste de deterioração controlada as sementes foram umedecidas até 20% de umidade e posterior envelhecimento em câmara úmida a 40°C durante 24, 48 e 72h. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado. Dentre os procedimentos adotados no teste de envelhecimento artificial e o período de exposição de 48 horas a 40ºC com uso de solução saturada de NaCl, e deterioração controlada revelou-se adequado para a avaliação do potencial fisiológico de sementes de Lafoensia glyptocarpa Koehne, levando a crer que a coloração das sementes provem de estádios de maturação diferentes.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 739809 bytes, checksum: 69524346956f11b5bb2a849577857347 (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The competitive ability of crops and weeds is related to the efficient use of environmental resources. However, it may also be related to the associations of these species with soil microbiota and the ability to change it to minimize interference. The objective of this study was to evaluate the effects of the interference of five weeds in dry matter accumulation of corn plants and in the relative content of nutrients, as well as evaluate the biomass and microbial activity associated with weeds and corn in monoculture and in competition, in soils with diferent fertility managements. The experiment was conducted in a protected environment, considering four soil fertility managements (with calcium and magnesium silicate and fertilization; with limestone and fertilization; without correction of acidity, but with fertilization; without correction of acidity and without fertilization) and five arrangements competition between Zea mays and the weeds Brachiaria brizantha, Ipomoea grandifolia, Conyza canadensis, Bidens pilosa and Hyptis suaveolens, addition of species in monoculture and soils without plants. The coexistence of corn with weeds caused average reductions of 43.9%, 39.8% and 41.9% in dry matter of shoot, root and total culture, respectively. Under interference of B. brizantha, the corn had reductions exceeding 50% in the content of all macronutrients, being this weed the most damaging to the culture. Additionally, B. brizantha and B. pilosa in competition with corn stood out among the other weeds and has high ability to extract and use macronutrients in the four soil conditions. There was a tendency of reduction of microbial biomass carbon (MBC) in soils that receive were not correction acidity. B. pilosa and the arrangement formed by Z. mays and B. brizantha, showed high values of MBC, regardless of soil management. Low biological activity was observed in soil without acidity correction and without fertilization. In soil with calcium and magnesium silicate and maize plants in monoculture, the metabolic quotient (qCO2) was higher than the value observed with the weeds in monoculture and in competition arrangements, suggesting greater susceptibility of this system for carbon losses. Z. mays in competition with H. suaveolens was the arrangement that had greater preservation of organic matter (<qCO2) in the four soils. The weeds showed different competitive abilities causing reductions in the dry matter and nutrients accumulation in the corn plants, and showed distinct potential for nutrient cycling, depending on soil condition. Calcium and magnesium silicate and limestone did not differ in the weed interference on the dry biomass of corn plants, being the influence of these sources variable on nutrient accumulation by plants in monoculture or under interference. The microbial biomass and activity were altered by plant species, interference and managements of soil fertility. The manipulation of soil microorganisms may be a strategy used by corn and, or the weeds to minimize the competition in a given soil. / A habilidade competitiva das culturas e das plantas daninhas está relacionada à utilização eficiente dos recursos do meio na qual se encontram. No entanto, pode também estar relacionada com as associações dessas espécies com a microbiota do solo e a capacidade de alterá-la para minimizar a interferência. Objetivou-se com este trabalho avaliar os efeitos da interferência de cinco plantas daninhas no acúmulo de matéria seca e no conteúdo relativo de macronutrientes de plantas de milho, bem como a biomassa e a atividade microbiana associada às plantas daninhas e de milho em monocultivo e em competição, em solos com diferentes manejos de fertilidade. O experimento foi realizado em casa de vegetação, considerando-se como primeiro fator quatro manejos de fertilidade do solo (com silicato de cálcio e magnésio e adubação; com calcário e adubação; sem correção de acidez, mas com adubação; sem correção de acidez e sem adubação) e como segundo fator cinco arranjos de competição entre Zea mays e as plantas daninhas Brachiaria brizantha, Ipomoea grandifolia, Conyza canadensis, Hyptis suaveolens e Bidens pilosa, acrescido das seis espécies em monocultivo e de solo sem cultivo. A convivência do milho com plantas daninhas provocou reduções médias de 43,9%, 39,8% e 41,9% na massa da matéria seca da parte aérea, do sistema radicular e total da cultura, respectivamente. Sob interferência de B. brizantha, o milho apresentou reduções superiores a 50% no conteúdo de todos os macronutrientes, sendo esta a planta daninha mais danosa a cultura. Adicionalmente, B. brizantha e B. pilosa em competição com o milho se destacaram entre as demais plantas daninhas, apresentando elevada habilidade de extração e utilização de macronutrientes nas quatro condições de solo. Observou-se tendência de redução do carbono da biomassa microbina (CBM) nos solos que não tiveram correção de acidez. B. pilosa e o arranjo formado por Z. mays e B. brinzantha, independente do solo, apresentaram elevados valores de CBM. Baixa atividade biológica foi verificada no solo sem correção de acidez e sem adubação. No solo corrigido com silicato de cálcio e magnésio e cultivado com milho livre de interferência, o quociente metabólico (qCO2) foi maior do que com as plantas daninhas em monocultivo e arranjos de competição, sugerindo maior suscetibilidade desse sistema a perdas de carbono. Z. mays em competição com H. suaveolens mostrou ser o sistema misto mais conservativo da matéria orgânica (<qCO2) nos quatro manejos de fertilidade do solo. As plantas daninhas apresentaram não só habilidades competitivas distintas, provocando reduções consideráveis no acúmulo de matéria seca e nutrientes das plantas de milho, como também potencial diferenciado para ciclagem dos nutrientes estudados, a depender da condição de solo. Silicato de cálcio e magnésio e calcário não diferiram quanto à interferência das plantas daninhas sobre o acúmulo de biomassa seca das plantas de milho, sendo variável a influência dessas fontes sobre o acúmulo de nutrientes pelas plantas em monocultivo ou sob interferência. A biomassa e atividade microbiana foram alteradas pelas espécies de plantas, pela convivência e pelos manejos de fertilidade do solo, e a manipulação dos microrganismos do solo pode ser uma estratégia utilizada pela cultura do milho e, ou pelas plantas daninhas para minimizar a competição em determinado ambiente.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.