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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Phosphorus (P) plays an important role in eutrophication of aquatic systems and the streams and pond bed sediments are an important environmental compartment in this process. The bed sediment can act as a sink or source of P to the overlying water depending on their physicochemical and biological characteristics. The objective of the present study was to evaluate the P dynamics in bottom sediment of ponds and streams and to determine their potential to adsorb or release P due to human activities in two agricultural watersheds. The watersheds, with an area of 1,426 km2 (PBH140) and 0.783 km2 (PBH80), are located in a landscape in the city of Júlio de Castilhos, State of Rio Grande do Sul (RS), Brazil. The water and bed sediment samples were collected from ponds and streams in the two watersheds. The characteristics evaluated includes, particle size distribution, total organic carbon and organic and inorganic P fractions P. Through P adsorption-desorption parameters i. e., potentially bioavailable particulate P (Pppb), particulate bioavailable P (Ppb), P desorption rate (λ), equilibrium P concentration (EPC0) and maximum P sorption (CMAP) was determined by the P adsorption-desorption curves. The results indicated that in the particle size, the sand fraction dominated in the stream samples while the pond showed a more fine sediment (silt and clay). Phosphorus fractions ranged depending on the use and management of soil in the vicinity, the presence of point or diffuse pollution sources, contributing to high inorganic P forms in the bed sediments. Furthermore, the fractions of lower P lability were more expressive indicating that low P release to the water column. With an increase in human pressure in the upstream area, there was an increase in bioavailable P forms to aquatic biota, as observed by high concentration of resin extracted bioavailable P. The high Pmax observed in the both type of bed sediments indicates low P saturation of these sediments due to low levels of P in the landscape soils and or low application of fertilizer or manure P. The low phosphorus desorption in distilled water (Q0) and reduced EPC0 give indicate that the these sediments are sink of soluble P and have an important role to maintain water quality in the two monitored watersheds. / O fósforo (P) desempenha um papel importante na eutrofização dos ecossistemas aquáticos e, o sedimento de fundo de córregos e açudes constitui um compartimento ambiental importante nesse processo. O sedimento de fundo tem a capacidade de atuar como fonte ou dreno de P para a coluna de água sobrejacente, dependendo de suas características físico-químicas e biológicas. O objetivo do presente estudo foi avaliar a dinâmica do fósforo no sedimento de fundo de açudes e córregos e determinar seu potencial de retenção ou liberação de fósforo solúvel, em função da ação antrópica exercida sobre duas bacias hidrográficas agrícolas. As bacias hidrográficas, com área de 1,426 km2 (PBH140) e 0,783 km2 (PBH80), estão localizadas em um assentamento da reforma agrária no município de Júlio de Castilhos, Rio Grande do Sul, Brasil. Amostras de água e sedimento de fundo foram coletadas em açudes e córregos nas duas bacias hidrográficas. As características avaliadas incluem a distribuição granulométrica, teor de carbono orgânico total e as frações orgânicas e inorgânicas de P. Por meio de curvas de dessorção estimou-se o fósforo particulado potencialmente biodisponível (Pppb), a taxa de dessorção (λ) e o fósforo particulado biodisponível (Ppb). Estimou-se, por meio de curvas de adsorção, a capacidade máxima de adsorção de P (CMAP) e a concentração de equilíbrio de fósforo. Os resultados indicaram que, no tamanho de partículas, a fração areia predominou nas amostras de sedimento de fundo dos córregos, enquanto que nos açudes o sedimento apresentou-se mais fino (silte e argila). As frações de fósforo variaram em função do uso e manejo do solo no entorno, da presença de fontes de poluição pontual ou difusa. As frações predominantes de fósforo predominantes no sedimento de fundo foram as frações inorgânicas. Além disso, as frações de fósforo de menor labilidade foram mais expressivas, indicando baixa capacidade de fornecimento de P para a coluna de água. Com o aumento da pressão antrópica sobre os recursos hídricos ocorreu um aumento nas formas biodisponíveis de P para a biota aquática, observado principalmente pelo aumento nos teores de P extraídos com a resina trocadora de ânions. A elevada CMAP nos sedimentos amostrados nos açudes e córregos indica uma baixa saturação previa dos sítios de adsorção de P, decorrentes dos baixos níveis de P nos solos das bacias e pela baixa aplicação de fertilizantes ou dejetos de suínos e aves. A baixa dessorção de fósforo em água destilada (Q0) e a reduzida CEP conferem aos sedimentos um importante papel de dreno de P solúvel nos recursos hídricos das duas bacias monitoradas.

Areas at steep slopes in the catchments with high occupation by family farmers in Southern Brazil, even with a high surface covered with regenerated forests, are characterized by the persistence of sources of rural and urban pollution that are undermining the quality of aquatic systems. The unfair use of soil outside its capability, the adoption of inadequate soil tillage systems, the integrated system of animal production (poultry and swine) in quantities environmentally intolerable and the untreated domestic sewage from small villages are the main factors responsible for the input of high amounts of phosphorus into watercourses. In this context, the present doctoral thesis aims (i) monitoring the temporal variation in sediment-bound phosphorus in sub-catchments under different land-use and soil tillage systems and (ii) assessment of the potential of sediments from rural and urban sources to behave as source or sink of phosphorus for aquatic systems. In the Guaporé River catchment, six representative headwater sub-catchments with contrasting land-use and soil management were monitored. The selected sub-catchments were characterized by: (i) predominance of native forest (control); (ii) predominance of areas transformed to agriculture recently, but under conventional tillage CT (sub1); (iii) areas under CT, but with predominance of Ilex plantations (sub2); (iv) predominance of tobacco cultivation of long term under CT (sub3); (v) intensive agriculture under no-tillage NT (sub4); and (vi) intensive agriculture under NT and receiving untreated sewage of a twenty thousand inhabitant town (sub5). In addition, five points of the main river (P1 to P5) were monitored: the first one is located near to the junction of the sub-catchments 4 and 5, and the last one at the outlet of the watershed. Suspended and bed sediments were collected, comprising ten field campaigns performed in the monitoring period of 24 months (October 2012 to October 2014). The different fractions of phosphorus (P) of sediment were analyzed considering the bioavailability. The P sorption-desorption parameters in the sediments were estimated. The conversion of native forest for annual crops production areas promotes the production of sediments with higher amounts of total, inorganic and labile phosphorus. The values of maxima phosphorus adsorption capacity, instantaneous available and potentially available phosphorus forms, desorption rate and mobility index of phosphorus in sediments collected in the different sub-catchments in the following order: native forest < CT < CT with the intensive production of tobacco < NT < NT in the rural area plus urban sewage. A highly positive correlation was observed between different phosphorus fractions (especially the labile phosphorus), as well as different parameters of sorption/desorption, and amounts of iron and aluminum in sediments. It was found the highest amount of labile phosphorus in sediments collected at the end of winter and beginning of spring, particularly in the areas where tobacco is cultivated under CT. / As áreas de bacias hidrográficas declivosas e densamente ocupadas pela agricultura familiar no Sul do Brasil, apesar de apresentarem grande superfície com florestas regeneradas, caracterizam-se pela persistência de fontes de poluição rurais e urbanas que vêm comprometendo a qualidade dos sistemas aquáticos. O uso do solo fora de sua aptidão, a adoção de sistemas de manejo inadequados, o sistema integrado de produção animal (aves e suínos) em quantidades ambientalmente intoleráveis e o não tratamento dos esgotos domésticos das pequenas cidades são fatores responsáveis pelo aporte de grandes quantidades de fósforo aos cursos d água. Nesse contexto, a presente tese de doutorado visa (i) monitorar a variação temporal do fósforo ligado aos sedimentos em sub-bacias com diferentes usos e manejo do solo e (ii) avaliar o potencial dos sedimentos de fontes rurais e urbana em atuarem como fonte ou dreno de fósforo aos sistemas aquáticos.Na Bacia Hidrográfica do Rio Guaporé RS/Brasil foram monitoradas seis sub-bacias de cabeceira representativas de uso da terra e de sistemas de manejo do solo contrastantes. As sub-bacias selecionadas caracterizavam-se por:i) predomínio demata nativa (controle); (ii) predomínio de áreas transformadas em agricultura recentemente, mas sob sistema de cultivo convencional SCC (sub1); (iii) áreas emSCC, mas com predomínio de produção de erva-mate (sub2); (iv) predomínio de áreas emSCC há longa data para cultivo do tabaco (sub3 ); (v) predomínio de agricultura intensiva, mas sob o sistema plantio direto SPD (sub4); e (vi) predomínio de agricultura intensiva sobSPD e recebendo esgoto não tratada de uma cidade com 20 mil habitantes (sub5). Adicionalmente, monitoraram-se cinco pontos no rio principal (P1 a P5), sendo que o primeiro está localizado na junção das sub-bacias 4 e 5 e o último é o exutório da bacia.Coletaram-se sedimentos de fundo e em suspensão, em dez campanhas de campo, durante 24 meses (10/2012 a 10/2014). Foram analisadas as diferentes frações de fósforo no sedimento, de acordo com a biodisponibilidade e estimaram-se os parâmetros de adsortividade e dessortividade do fósforo no sedimento. A conversão da mata nativa para implantação de culturas anuais induz a produção de sedimentos com maiores teores de fósforo total, fósforo inorgânico e fósforo lábil. Os valores da capacidade máxima de adsorção, fósforo instantaneamente disponível, fósforo potencialmente disponível, taxa de dessorção e índice de mobilidade de fósforo dos sedimentos coletados nas diferentes sub-bacias aumentaram na seguinte ordem: mata nativa < SCC < SCC intenso com produção de tabaco < SPD < SPD no meio rural mais esgoto urbano. Foram observadas correlações positivas dasdiferentes frações de fósforo (em especial aquela relacionada ao P lábil), bem como dos diferentes parâmetros de sorção/dessorção, com os teores de ferro e alumínio do sedimento.Foi encontrado maior teor de fósforo lábil nos sedimentos coletados no final do inverno e início da primavera,particularmente naqueles correspondentes aos locais onde se cultiva tabaco em SCC.