Made available in DSpace on 2016-06-02T19:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4263.pdf: 9365338 bytes, checksum: 030df2b1cc08e54985c90dbafbefaf8c (MD5) Previous issue date: 2011-12-22 / A comunidade de macrófitas aquáticas se constitui como importante componente em ecossistemas lênticos e lóticos, habitando áreas permanentemente alagadas ou sujeitas a inundações. Desta forma o presente estudo caracterizou as áreas alagadas e as possíveis diferenças nas características físicas e químicas dos sedimentos e da água circundante aos estandes das espécies de macrófitas Eichhornia crassipes, Salvinia auriculata e Mayaca fluviatilis ocorrentes no reservatório do Broa em distintos tributários. Estes vegetais possuem importante papel como fonte de matéria orgânica e dos nutrientes fósforo e nitrogênio contribuindo para uma maior estocagem dos mesmos. A qualidade das amostras de água circundante aos estandes foram influenciadas principalmente pela ação dos ventos ocorridas na amostragem do período seco (agosto de 2010), que contribuíram para o revolvimento da coluna d`água agindo diretamente sobre os estandes. A avaliação do estado trófico do reservatório verificou que os ambientes estudados apresentam diferenças nas concentrações de fósforo na água, onde foi possível identificar uma área alagada hiper-eutrófica próximo ao rio Itaqueri e oligo-mesotrófica nas áreas alagadas formadas pelos Ribeirão do Lobo e Córrego das Perdizes. Contatouse que os teores de fósforo e nitrogênio apresentam uma distribuição desigual entre as espécies e também entre as suas estruturas, sendo as raízes responsáveis pelo armazenamento de maiores concentrações destes nutrientes. The aquatic macrophyte communities constitutes an important component in lentic and lotic ecosystems, inhabiting areas permanently flooded or subject to flooding. Thus the present study characterized the wetlands and possible differences in physical and chemical characteristics of sediments and water to the surrounding stands of macrophytes Eichhornia crassipes, Salvinia auriculata and Mayaca fluviatilis occurring in Broa reservoir in different tributaries. These plants play an important role as a source of organic matter and nutrients phosphorus and nitrogen contributing to greater storage of same. The quality of water samples from the surrounding stands were mainly influenced by the wind occurred in the sample of the dry period (August 2010), which contributed to the turning of water column acting directly on the stands. Assessing the trophic state of the reservoir found that the studied environments having different concentrations of phosphorus in the water, where it was possible to identify a hyper-eutrophic wetland near the Itaqueri river and oligomesotrophic in Ribeirão do Lobo and Cóorego das Perdizes. It was noted that the levels of phosphorus and nitrogen have an unequal distribution among species and also between their structures, the roots being responsible for the storage of higher concentrations of these nutrients / A comunidade de macrófitas aquáticas se constitui como importante componente em ecossistemas lênticos e lóticos, habitando áreas permanentemente alagadas ou sujeitas a inundações. Desta forma o presente estudo caracterizou as áreas alagadas e as possíveis diferenças nas características físicas e químicas dos sedimentos e da água circundante aos estandes das espécies de macrófitas Eichhornia crassipes, Salvinia auriculata e Mayaca fluviatilis ocorrentes no reservatório do Broa em distintos tributários. Estes vegetais possuem importante papel como fonte de matéria orgânica e dos nutrientes fósforo e nitrogênio contribuindo para uma maior estocagem dos mesmos. A qualidade das amostras de água circundante aos estandes foram influenciadas principalmente pela ação dos ventos ocorridas na amostragem do período seco (agosto de 2010), que contribuíram para o revolvimento da coluna d`água agindo diretamente sobre os estandes. A avaliação do estado trófico do reservatório verificou que os ambientes estudados apresentam diferenças nas concentrações de fósforo na água, onde foi possível identificar uma área alagada hiper-eutrófica próximo ao rio Itaqueri e oligo-mesotrófica nas áreas alagadas formadas pelos Ribeirão do Lobo e Córrego das Perdizes. Contatouse que os teores de fósforo e nitrogênio apresentam uma distribuição desigual entre as espécies e também entre as suas estruturas, sendo as raízes responsáveis pelo armazenamento de maiores concentrações destes nutrientes.

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.

As comunidades mudam no tempo e espaço em função de pressões decorrentes da estrutura do habitat e disponibilidade de recursos. O entendimento das relações ecológicas e interações das comunidades são essenciais para o manejo com objetivo de melhorar a qualidade da água através de interferências na cadeia trófica aquática e na dinâmica do ecossistema através de modelagem ecológica. O presente estudo foi desenvolvido em dois sistemas límicos subtropicais no extremo sul do Brasil: banhados temporários (‘campos de cultivo de arroz’) e um grande lago raso, lagoa Mangueira. O objetivo do trabalho nos banhados temporários constituiu-se em avaliar a dinâmica das comunidades planctônicas e íctica durante o desenvolvimento desses ecossitemas (um ciclo produtivo de cultivo de arroz). Nossos resultados evidenciaram um claro gradiente temporal direcionado pela disponibilidade de nutrientes no banhado temporário. Entretanto, as variáveis limnológicas não apresentaram nenhuma tendência espacial entre as estações amostrais. Através de regressão linear verificou-se correlação positiva entre clorofila a, nutrientes, biomassa zooplanctônica e, em especial, biomassa de copépodos. Por outro lado, biomassa de peixes e, particularmente, peixes planctívoros foram inversamente relacionados à concentração de clorofila a. Relações significativas entre o DOC com nutrientes, biomassa de plâncton e peixes foram igualmente identificadas ao longo do ciclo produtivo do arroz. Na lagoa Mangueira, sistema raso (zmed 3m), de 90 km de comprimento, o objetivo foi avaliar a distribuição espacial e temporal de plâncton e peixes em função da presença da macrófita emergente Zizaniopsis bonariensis. Além disso, foi verificada a existência de um gradiente longitudinal na lagoa e a estrutura da teia trófica do sistema. Análise de componentes principais e análise de redundância evidenciaram a presença de gradientes espacial (Norte/Sul) e temporal (sazonal) durante o estudo. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada às variáveis ambientais evidenciou diferenças significativas entre os extremos da lagoa (Norte e Sul). Transparência Secchi, DOC e clorofila a foram significativamente diferentes entre os pontos amostrais do Norte e Sul. Através de ANOVA verificou-se que os efeitos temporais sazonais são mais intensos no Norte da lagoa Mangueira. Com relação à estrutura da comunidade na lagoa Mangueira, a biomassa do bacterioplâncton, clorofila a, biomassa zooplanctônica e captura de peixes foram diferentes sazonalmente após a extração do efeito da estrutura de habitat, enquanto que no Sul apenas a clorofila a apresentou variação sazonal significativa. A estrutura de habitat (junto à Z. bonariensis e em água aberta) induziu diferenças significativas na concentração de clorofila a tanto no Norte como no Sul da lagoa Mangueira, após a extração dos efeitos decorrentes da sazonalidade. A captura de peixes também foi influenciada pela estrutura de habitat no Norte, após a extração do efeito sazonal. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada à comunidade de peixes também demonstrou diferenças significativas entre o Norte e o Sul da lagoa Mangueira, embora diferenças entre as áreas vegetadas e águas abertas não tenham sido verificadas. Biomassa dos peixes, número de capturas e riqueza específica foram diferentes entre os pontos amostrais. Baseado nas razões de δ13C and δ15N identificou-se a estrutura trófica da lagoa, bem como a posição trófica de espécies de peixes e as fontes de carbono do sitema. Análise de isótopos estáveis de nitrogênio permitiu a identificação de dois níveis tróficos de peixes na lagoa Mangueira. Macrófitas emergentes e perifíton foram identificadas como importantes fontes de carbono que sustentam a estrutura trófica do sistema. Análise de grupamento a partir de dados de δ13C e δ15N e de conteúdo estomacal identificou um arranjo perfeitamente filogenético entre as espécies de peixes analisadas, refletindo que, em sentido amplo, nichos alimentares são compartilhados por espécies taxonomicamente relacionadas. A dinâmica trófica da espécie de peixe dominante na lagoa, Oligosarcus jenynsii foi também analisada. Foram identificadas mudanças sazonais e ontogenéticas na dinâmica alimentar da espécie, evidenciando a grande plasticidade trófica associada com uma estratégia oportunista, característica de espécies carnívoras generalistas. As informações obtidas neste estudo permitiram identificar grande heterogeneidade espacial e claro gradiente longitudinal na lagoa Mangueira, tanto de fatores bióticos quanto abióticos, com reflexos na distribuição e abundância de plâncton e peixes. De posse destas informações foi possível alcançar um entedimento sobre a estrutura atual do sistema, bem como os direcionadores da sua dinâmica. A abordagem direcionada neste trabalho sobre o entendimento da estrutura atual de um lago raso subtropical possibilita futuros estudos na área da modelagem ecológica. A dinâmica das comunidades abordadas neste estudo vem subsidiar a parametrização de um modelo ecológico, com capacidade de estabelecer prognósticos, tendo como contorno, estressores naturais e antrópicos. / Biological communities change in time and space following driving pressures from differences in habitat structure and resource availability. Understanding the ecological role and interactions within aquatic community is essential for any management action trying to improve water quality by interferences in lake food web, ecosystem dynamics and modeling. The present study was carried out in two freshwater systems in Southern Brazil: an irrigated rice field and in a large shallow system, Mangueira Lake. The goal of this study in temporary wetlands was to evaluate the plankton and fish dynamics during a productive cycle. Our results evidenced a temporal gradient by nutrients availability in the temporary wetland studied. However, the limnological variables did not display any horizontal pattern among sampling stations. Linear regression showed a positive relationship between chlorophyll a and nutrients, zooplankton biomass and copepod biomass. In contrast, fish biomass and planktivorous fish biomass were inversely related to chlorophyll a. Statistically significant relationships between DOC with nutrients, plankton and fish biomass were also identified during the rice production cycle. In Mangueira Lake, a shallow system (zmed 3m) and 90 km long, the goal was to evaluate the spatial and temporal distribution of plankton and fish biomass as a function of the presence of the emergent macrophytes Zizaniopsis bonariensis. We also analyzed the existence of longitudinal gradient in lake and the food web structure in system. The PCA and RDA analyses showed the temporal (seasonal) and spatial (North/South) gradient during the study. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to environmental variables showed significant differences between sampling sites (North and South). Secchi transparency, DOC and chlorophyll a were significantly different in North and South sampling sites. ANOVA results showed that season effects are stronger in the Northern sampling site. Concerning the community structure in the Mangueira Lake, bacterioplankton biomass, chlorophyll a, zooplankton biomass and fish captures were different seasonally after extracting the habitat structure effect, while in the Southern sampling site only chlorophyll a presented a seasonal significant variation. Habitat structure (by Z. bonariensis stands and open water samples) induced significant differences in chlorophyll a both in North and South samples after extracting seasonal effect. Fish captures do also responded to habitat structure in the North, after extracting the season effect. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to fish community also showed significant differences between North and South, although no significant differences between vegetated and open water zones was observed. Fish biomass, number of captures, and richness were different between sampling sites. Based on the δ13C and δ15N ratios and analysis of stomach content of fish species, we provide also a description of food web structure, trophic positions of fish species and primary producers of system. Analysis of nitrogen isotope ratios yielded two fish trophic levels in Mangueira Lake. Emergent macrophytes and periphyton were important carbon source that sustain the food web structure of the system. Cluster analysis of δ13C and δ15N values and stomach content yielded a perfect phylogenetic arrangement of species. This result reflects that major feeding niches are shared by taxonomically related species. The feeding dynamics of the dominant fish species, Oligosarcus jenynsii was analysed by using analyses of stomach contents and stable isotopes signature. Seasonal and ontogenetic change in the feeding biology of O. jenynsii was identified, showing the high feeding plasticity, in addition to an opportunistic strategy of this generalist carnivore species. This study allows identifying a large spatial heterogeneity and clear longitudinal gradient both in biotic and abiotic factors, reflecting fish and plankton distribution and abundance. The evaluated parameters are intended to feed a mathematical model for the Mangueira Lake, looking for predictable scenarios from natural and anthropogenic stressors.

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.

As comunidades mudam no tempo e espaço em função de pressões decorrentes da estrutura do habitat e disponibilidade de recursos. O entendimento das relações ecológicas e interações das comunidades são essenciais para o manejo com objetivo de melhorar a qualidade da água através de interferências na cadeia trófica aquática e na dinâmica do ecossistema através de modelagem ecológica. O presente estudo foi desenvolvido em dois sistemas límicos subtropicais no extremo sul do Brasil: banhados temporários (‘campos de cultivo de arroz’) e um grande lago raso, lagoa Mangueira. O objetivo do trabalho nos banhados temporários constituiu-se em avaliar a dinâmica das comunidades planctônicas e íctica durante o desenvolvimento desses ecossitemas (um ciclo produtivo de cultivo de arroz). Nossos resultados evidenciaram um claro gradiente temporal direcionado pela disponibilidade de nutrientes no banhado temporário. Entretanto, as variáveis limnológicas não apresentaram nenhuma tendência espacial entre as estações amostrais. Através de regressão linear verificou-se correlação positiva entre clorofila a, nutrientes, biomassa zooplanctônica e, em especial, biomassa de copépodos. Por outro lado, biomassa de peixes e, particularmente, peixes planctívoros foram inversamente relacionados à concentração de clorofila a. Relações significativas entre o DOC com nutrientes, biomassa de plâncton e peixes foram igualmente identificadas ao longo do ciclo produtivo do arroz. Na lagoa Mangueira, sistema raso (zmed 3m), de 90 km de comprimento, o objetivo foi avaliar a distribuição espacial e temporal de plâncton e peixes em função da presença da macrófita emergente Zizaniopsis bonariensis. Além disso, foi verificada a existência de um gradiente longitudinal na lagoa e a estrutura da teia trófica do sistema. Análise de componentes principais e análise de redundância evidenciaram a presença de gradientes espacial (Norte/Sul) e temporal (sazonal) durante o estudo. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada às variáveis ambientais evidenciou diferenças significativas entre os extremos da lagoa (Norte e Sul). Transparência Secchi, DOC e clorofila a foram significativamente diferentes entre os pontos amostrais do Norte e Sul. Através de ANOVA verificou-se que os efeitos temporais sazonais são mais intensos no Norte da lagoa Mangueira. Com relação à estrutura da comunidade na lagoa Mangueira, a biomassa do bacterioplâncton, clorofila a, biomassa zooplanctônica e captura de peixes foram diferentes sazonalmente após a extração do efeito da estrutura de habitat, enquanto que no Sul apenas a clorofila a apresentou variação sazonal significativa. A estrutura de habitat (junto à Z. bonariensis e em água aberta) induziu diferenças significativas na concentração de clorofila a tanto no Norte como no Sul da lagoa Mangueira, após a extração dos efeitos decorrentes da sazonalidade. A captura de peixes também foi influenciada pela estrutura de habitat no Norte, após a extração do efeito sazonal. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada à comunidade de peixes também demonstrou diferenças significativas entre o Norte e o Sul da lagoa Mangueira, embora diferenças entre as áreas vegetadas e águas abertas não tenham sido verificadas. Biomassa dos peixes, número de capturas e riqueza específica foram diferentes entre os pontos amostrais. Baseado nas razões de δ13C and δ15N identificou-se a estrutura trófica da lagoa, bem como a posição trófica de espécies de peixes e as fontes de carbono do sitema. Análise de isótopos estáveis de nitrogênio permitiu a identificação de dois níveis tróficos de peixes na lagoa Mangueira. Macrófitas emergentes e perifíton foram identificadas como importantes fontes de carbono que sustentam a estrutura trófica do sistema. Análise de grupamento a partir de dados de δ13C e δ15N e de conteúdo estomacal identificou um arranjo perfeitamente filogenético entre as espécies de peixes analisadas, refletindo que, em sentido amplo, nichos alimentares são compartilhados por espécies taxonomicamente relacionadas. A dinâmica trófica da espécie de peixe dominante na lagoa, Oligosarcus jenynsii foi também analisada. Foram identificadas mudanças sazonais e ontogenéticas na dinâmica alimentar da espécie, evidenciando a grande plasticidade trófica associada com uma estratégia oportunista, característica de espécies carnívoras generalistas. As informações obtidas neste estudo permitiram identificar grande heterogeneidade espacial e claro gradiente longitudinal na lagoa Mangueira, tanto de fatores bióticos quanto abióticos, com reflexos na distribuição e abundância de plâncton e peixes. De posse destas informações foi possível alcançar um entedimento sobre a estrutura atual do sistema, bem como os direcionadores da sua dinâmica. A abordagem direcionada neste trabalho sobre o entendimento da estrutura atual de um lago raso subtropical possibilita futuros estudos na área da modelagem ecológica. A dinâmica das comunidades abordadas neste estudo vem subsidiar a parametrização de um modelo ecológico, com capacidade de estabelecer prognósticos, tendo como contorno, estressores naturais e antrópicos. / Biological communities change in time and space following driving pressures from differences in habitat structure and resource availability. Understanding the ecological role and interactions within aquatic community is essential for any management action trying to improve water quality by interferences in lake food web, ecosystem dynamics and modeling. The present study was carried out in two freshwater systems in Southern Brazil: an irrigated rice field and in a large shallow system, Mangueira Lake. The goal of this study in temporary wetlands was to evaluate the plankton and fish dynamics during a productive cycle. Our results evidenced a temporal gradient by nutrients availability in the temporary wetland studied. However, the limnological variables did not display any horizontal pattern among sampling stations. Linear regression showed a positive relationship between chlorophyll a and nutrients, zooplankton biomass and copepod biomass. In contrast, fish biomass and planktivorous fish biomass were inversely related to chlorophyll a. Statistically significant relationships between DOC with nutrients, plankton and fish biomass were also identified during the rice production cycle. In Mangueira Lake, a shallow system (zmed 3m) and 90 km long, the goal was to evaluate the spatial and temporal distribution of plankton and fish biomass as a function of the presence of the emergent macrophytes Zizaniopsis bonariensis. We also analyzed the existence of longitudinal gradient in lake and the food web structure in system. The PCA and RDA analyses showed the temporal (seasonal) and spatial (North/South) gradient during the study. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to environmental variables showed significant differences between sampling sites (North and South). Secchi transparency, DOC and chlorophyll a were significantly different in North and South sampling sites. ANOVA results showed that season effects are stronger in the Northern sampling site. Concerning the community structure in the Mangueira Lake, bacterioplankton biomass, chlorophyll a, zooplankton biomass and fish captures were different seasonally after extracting the habitat structure effect, while in the Southern sampling site only chlorophyll a presented a seasonal significant variation. Habitat structure (by Z. bonariensis stands and open water samples) induced significant differences in chlorophyll a both in North and South samples after extracting seasonal effect. Fish captures do also responded to habitat structure in the North, after extracting the season effect. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to fish community also showed significant differences between North and South, although no significant differences between vegetated and open water zones was observed. Fish biomass, number of captures, and richness were different between sampling sites. Based on the δ13C and δ15N ratios and analysis of stomach content of fish species, we provide also a description of food web structure, trophic positions of fish species and primary producers of system. Analysis of nitrogen isotope ratios yielded two fish trophic levels in Mangueira Lake. Emergent macrophytes and periphyton were important carbon source that sustain the food web structure of the system. Cluster analysis of δ13C and δ15N values and stomach content yielded a perfect phylogenetic arrangement of species. This result reflects that major feeding niches are shared by taxonomically related species. The feeding dynamics of the dominant fish species, Oligosarcus jenynsii was analysed by using analyses of stomach contents and stable isotopes signature. Seasonal and ontogenetic change in the feeding biology of O. jenynsii was identified, showing the high feeding plasticity, in addition to an opportunistic strategy of this generalist carnivore species. This study allows identifying a large spatial heterogeneity and clear longitudinal gradient both in biotic and abiotic factors, reflecting fish and plankton distribution and abundance. The evaluated parameters are intended to feed a mathematical model for the Mangueira Lake, looking for predictable scenarios from natural and anthropogenic stressors.

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.

As comunidades mudam no tempo e espaço em função de pressões decorrentes da estrutura do habitat e disponibilidade de recursos. O entendimento das relações ecológicas e interações das comunidades são essenciais para o manejo com objetivo de melhorar a qualidade da água através de interferências na cadeia trófica aquática e na dinâmica do ecossistema através de modelagem ecológica. O presente estudo foi desenvolvido em dois sistemas límicos subtropicais no extremo sul do Brasil: banhados temporários (‘campos de cultivo de arroz’) e um grande lago raso, lagoa Mangueira. O objetivo do trabalho nos banhados temporários constituiu-se em avaliar a dinâmica das comunidades planctônicas e íctica durante o desenvolvimento desses ecossitemas (um ciclo produtivo de cultivo de arroz). Nossos resultados evidenciaram um claro gradiente temporal direcionado pela disponibilidade de nutrientes no banhado temporário. Entretanto, as variáveis limnológicas não apresentaram nenhuma tendência espacial entre as estações amostrais. Através de regressão linear verificou-se correlação positiva entre clorofila a, nutrientes, biomassa zooplanctônica e, em especial, biomassa de copépodos. Por outro lado, biomassa de peixes e, particularmente, peixes planctívoros foram inversamente relacionados à concentração de clorofila a. Relações significativas entre o DOC com nutrientes, biomassa de plâncton e peixes foram igualmente identificadas ao longo do ciclo produtivo do arroz. Na lagoa Mangueira, sistema raso (zmed 3m), de 90 km de comprimento, o objetivo foi avaliar a distribuição espacial e temporal de plâncton e peixes em função da presença da macrófita emergente Zizaniopsis bonariensis. Além disso, foi verificada a existência de um gradiente longitudinal na lagoa e a estrutura da teia trófica do sistema. Análise de componentes principais e análise de redundância evidenciaram a presença de gradientes espacial (Norte/Sul) e temporal (sazonal) durante o estudo. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada às variáveis ambientais evidenciou diferenças significativas entre os extremos da lagoa (Norte e Sul). Transparência Secchi, DOC e clorofila a foram significativamente diferentes entre os pontos amostrais do Norte e Sul. Através de ANOVA verificou-se que os efeitos temporais sazonais são mais intensos no Norte da lagoa Mangueira. Com relação à estrutura da comunidade na lagoa Mangueira, a biomassa do bacterioplâncton, clorofila a, biomassa zooplanctônica e captura de peixes foram diferentes sazonalmente após a extração do efeito da estrutura de habitat, enquanto que no Sul apenas a clorofila a apresentou variação sazonal significativa. A estrutura de habitat (junto à Z. bonariensis e em água aberta) induziu diferenças significativas na concentração de clorofila a tanto no Norte como no Sul da lagoa Mangueira, após a extração dos efeitos decorrentes da sazonalidade. A captura de peixes também foi influenciada pela estrutura de habitat no Norte, após a extração do efeito sazonal. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada à comunidade de peixes também demonstrou diferenças significativas entre o Norte e o Sul da lagoa Mangueira, embora diferenças entre as áreas vegetadas e águas abertas não tenham sido verificadas. Biomassa dos peixes, número de capturas e riqueza específica foram diferentes entre os pontos amostrais. Baseado nas razões de δ13C and δ15N identificou-se a estrutura trófica da lagoa, bem como a posição trófica de espécies de peixes e as fontes de carbono do sitema. Análise de isótopos estáveis de nitrogênio permitiu a identificação de dois níveis tróficos de peixes na lagoa Mangueira. Macrófitas emergentes e perifíton foram identificadas como importantes fontes de carbono que sustentam a estrutura trófica do sistema. Análise de grupamento a partir de dados de δ13C e δ15N e de conteúdo estomacal identificou um arranjo perfeitamente filogenético entre as espécies de peixes analisadas, refletindo que, em sentido amplo, nichos alimentares são compartilhados por espécies taxonomicamente relacionadas. A dinâmica trófica da espécie de peixe dominante na lagoa, Oligosarcus jenynsii foi também analisada. Foram identificadas mudanças sazonais e ontogenéticas na dinâmica alimentar da espécie, evidenciando a grande plasticidade trófica associada com uma estratégia oportunista, característica de espécies carnívoras generalistas. As informações obtidas neste estudo permitiram identificar grande heterogeneidade espacial e claro gradiente longitudinal na lagoa Mangueira, tanto de fatores bióticos quanto abióticos, com reflexos na distribuição e abundância de plâncton e peixes. De posse destas informações foi possível alcançar um entedimento sobre a estrutura atual do sistema, bem como os direcionadores da sua dinâmica. A abordagem direcionada neste trabalho sobre o entendimento da estrutura atual de um lago raso subtropical possibilita futuros estudos na área da modelagem ecológica. A dinâmica das comunidades abordadas neste estudo vem subsidiar a parametrização de um modelo ecológico, com capacidade de estabelecer prognósticos, tendo como contorno, estressores naturais e antrópicos. / Biological communities change in time and space following driving pressures from differences in habitat structure and resource availability. Understanding the ecological role and interactions within aquatic community is essential for any management action trying to improve water quality by interferences in lake food web, ecosystem dynamics and modeling. The present study was carried out in two freshwater systems in Southern Brazil: an irrigated rice field and in a large shallow system, Mangueira Lake. The goal of this study in temporary wetlands was to evaluate the plankton and fish dynamics during a productive cycle. Our results evidenced a temporal gradient by nutrients availability in the temporary wetland studied. However, the limnological variables did not display any horizontal pattern among sampling stations. Linear regression showed a positive relationship between chlorophyll a and nutrients, zooplankton biomass and copepod biomass. In contrast, fish biomass and planktivorous fish biomass were inversely related to chlorophyll a. Statistically significant relationships between DOC with nutrients, plankton and fish biomass were also identified during the rice production cycle. In Mangueira Lake, a shallow system (zmed 3m) and 90 km long, the goal was to evaluate the spatial and temporal distribution of plankton and fish biomass as a function of the presence of the emergent macrophytes Zizaniopsis bonariensis. We also analyzed the existence of longitudinal gradient in lake and the food web structure in system. The PCA and RDA analyses showed the temporal (seasonal) and spatial (North/South) gradient during the study. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to environmental variables showed significant differences between sampling sites (North and South). Secchi transparency, DOC and chlorophyll a were significantly different in North and South sampling sites. ANOVA results showed that season effects are stronger in the Northern sampling site. Concerning the community structure in the Mangueira Lake, bacterioplankton biomass, chlorophyll a, zooplankton biomass and fish captures were different seasonally after extracting the habitat structure effect, while in the Southern sampling site only chlorophyll a presented a seasonal significant variation. Habitat structure (by Z. bonariensis stands and open water samples) induced significant differences in chlorophyll a both in North and South samples after extracting seasonal effect. Fish captures do also responded to habitat structure in the North, after extracting the season effect. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to fish community also showed significant differences between North and South, although no significant differences between vegetated and open water zones was observed. Fish biomass, number of captures, and richness were different between sampling sites. Based on the δ13C and δ15N ratios and analysis of stomach content of fish species, we provide also a description of food web structure, trophic positions of fish species and primary producers of system. Analysis of nitrogen isotope ratios yielded two fish trophic levels in Mangueira Lake. Emergent macrophytes and periphyton were important carbon source that sustain the food web structure of the system. Cluster analysis of δ13C and δ15N values and stomach content yielded a perfect phylogenetic arrangement of species. This result reflects that major feeding niches are shared by taxonomically related species. The feeding dynamics of the dominant fish species, Oligosarcus jenynsii was analysed by using analyses of stomach contents and stable isotopes signature. Seasonal and ontogenetic change in the feeding biology of O. jenynsii was identified, showing the high feeding plasticity, in addition to an opportunistic strategy of this generalist carnivore species. This study allows identifying a large spatial heterogeneity and clear longitudinal gradient both in biotic and abiotic factors, reflecting fish and plankton distribution and abundance. The evaluated parameters are intended to feed a mathematical model for the Mangueira Lake, looking for predictable scenarios from natural and anthropogenic stressors.

Change in hydrossedimentological system of the lower course of the São Francisco river, by controlling the flow, has changed the characteristics of the aquatic ecosystem as well as the suspended sediment load. The objective of this study was to evaluate the suspended sediment load in the São Francisco river Chanel, and settlement of aquatic macrophytes species in a section of the right bank under different soil bioengineering techniques. The study area comprises a margin stretch of the São Francisco River in its lower course, located in the Amparo de São Francisco Municipality, Sergipe. The botanical material collection followed conventional methods, being held from April 2014 to September 2015, in a total of four sampling time, two in the rainy season and two in the dry season. Suspended sediments load were evaluated through 03 years (2013, 2014 and 2015) in 20, 40 and 60% of the channel depth in five different transects oriented by the presence or absence of erosion control techniques, as identified: 1- Vegetated Slope; 2- Vegetated Riprap; 3- Eroded Slope; 4- Cribwall; and 5- Vetiver grass Line, considering three of them (2, 4 and 5) with soil bioengineering techniques. In the collected material 66 species was identified in 23 families, showing the its richness and diversity in a small stretch of the São Francisco River. In assessing the macrophytes population, the wet period showed greater species richness, and among soil bioengineering techniques, the Cribwall presented the highest number of individuals. The sediment load was statistically different for the three evaluated years, and the highest values were presented in 2013, when the river had the highest discharge. Among the treatments, the Eroded Slope presented at a depth of 20% the lowest contribution of suspended sediment and the Vegetated Riprap the lower sediment load rate compared to other techniques. The strong presence of aquatic macrophytes in the river contributed to the protection of the slopes toe by dissipating the energy of the ebb and flow of the waves. A progressive decrease in total sediment suspended load was found throughout evaluated period, due not only to reduced river discharge, but also the protection provided by adopted erosion control techniques. / O regime hidrossedimentológico do baixo curso do rio São Francisco, por meio do controle da vazão, tem alterado as características do ecossistema aquático, bem como a produção e transporte de sedimentos em suspenção. O objetivo desse estudo foi avaliar a produção de sedimentos em suspensão no canal do Rio São Francisco, e povoamento de macrófitas aquáticas em um trecho da margem direita submetida a diferentes técnicas de Engenharia Natural. A área de estudo compreendeu um trecho de talude da margem direita do Rio São Francisco no seu baixo curso, localizada no Município de Amparo do São Francisco, Sergipe. A coleta do material botânico seguiu os métodos convencionais, tendo sido realizada no período de abril de 2014 a setembro de 2015, totalizando quatro amostragens, duas no período chuvoso e duas no período seco. Sedimentos em suspensão foram avaliados no período de 03 anos (2013, 2014 e 2015) a 20, 40 e 60% de profundidade do canal, em cinco diferentes transectos, orientados pela presença ou ausência de técnicas de controle de erosão, assim identificados: 1- Talude Vegetado; 2- Enrocamento Vegetado; 3- Talude Erodido; 4- Parede Krainer; e 5- Cordão de Vetiver, sendo que em três trechos da margem (2, 4 e 5) foram implantadas técnicas de Engenharia Natural. Do material coletado foram identificadas 66 espécies, distribuídas em 23 famílias, mostrando sua riqueza e diversidade em um pequeno trecho do Rio São Francisco. Na avaliação do povoamento de macrófitas, o período do inverno apresentou maior riqueza dessas espécies e a Parede Krainer foi o tratamento que apresentou maior número de indivíduos. O aporte de Sedimentos em Suspensão diferiu estatisticamente para os três anos de coleta, com destaque para o ano de 2013, quando o rio apresentou a maior vazão. Entre os tratamentos, o Talude Erodido apresentou na profundidade de 20% o menor aporte de sedimentos em suspensão e, o Enrocamento Vegetado os menores valores quando comparada às outras técnicas. A forte presença de macrófitas aquáticas, na margem do rio, contribuiu para a proteção da base dos taludes por dissipar a energia do fluxo e refluxo das ondas. Constatou-se um decréscimo progressivo nos sedimentos em suspensão na comparação do período avaliado, devido não somente à redução da vazão do rio, como também à proteção conferida pelas técnicas adotadas de controle de erosão.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:21:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao parte 1 Thaisa Sala Michelan.pdf: 38222 bytes, checksum: 2f8d3a6cb8df8f1c42d663b0b5323ef6 (MD5) Previous issue date: 2011-05-28 / Exotic species represent strong threats to biodiversity. This concern is especially valid in freshwater ecosystems due to their high biodiversity and the highest rates of extinction, compared with terrestrial and marine ecosystems. The increasing habitat complexity provided by the presence of macrophytes may partially explain the high diversity of aquatic ecosystems. However, depending on the density and other particular characteristics of these plant, the diversity may be negatively affected. In this context, Urochloa subquadripara, a species native to Africa, is an aquatic macrophyte weed occurring in various natural and artificial aquatic ecosystems in America. In a small scale, the occurrence of this exotic species increases with reducing natives species richness; however, in a large scale U. subquadripara invades sites with more richness of native species. This controversy is typical of observational studies in invasion biology and it demand experiments to test effects of abiotic and biotic resistance on the invasive potential of this exotic. Accordingly, two experiments were conducted in order to test the following hypotheses: (i) the regeneration and colonization of U. subquadripara decreases with increasing time of exposure to dry, (ii) fragments of the apical part of this species, when compared with those of the basal part, have higher viability and colonization potential (first experiment) and (iii) the invasiveness of aquatic environments by U. subquadripara is negatively influenced by the richness and abundance of native species (second experiment). Our results supported all of our hypotheses: U. subquadripara showed high resistance to desiccation, and the fragments of the apical part were those which had higher viability and colonization potential. In addition, both richness and abundance of native species affected negatively the invasive potential of this exotic macrophyte. The second experiment demonstrated that the effect of richness and abundance limited the development of U. subquadripara, although such effect was not sufficient to prevent the invasion of macrophyte communities by this species. Based on these results, it appears that the population growth of U. subquadripara is greater in disturbed sites, mainly those affected by drought, which in general, have lower abundance and diversity of native species. / Espécies exóticas representam fortes ameaças à biodiversidade. Essa preocupação é especialmente válida em ecossistemas aquáticos continentais em função da elevada biodiversidade e das maiores taxas de extinção, quando comparados com ecossistemas terrestres e marinhos. O aumento da complexidade dos habitats promovido pela presença de macrófitas aquáticas pode explicar em parte a elevada diversidade dos ecossistemas aquáticos. No entanto, dependendo das densidades e de outras características espécies-específicas dessas plantas, a diversidade pode ser negativamente afetada. Nesse contexto, Urochloa subquadripara, espécie nativa da África, é uma macrófita aquática infestante de vários ecossistemas aquáticos naturais e artificiais na América. Em pequena escala espacial, a ocorrência dessa exótica aumenta com a redução do número de espécies nativas, já em grande escala U. subquadripara invade locais com maior riqueza de espécies nativas. Essa controvérsia é típica de estudos observacionais em biologia de invasões sendo necessária a realização de experimentos para testar efeitos da resistência abiótica e biótica sobre o potencial invasor de exóticas. Nesse sentido, foram realizados dois experimentos, com o objetivo de testar as seguintes hipóteses: (i) a regeneração e colonização de U. subquadripara diminui com o aumento do tempo de exposição a seca; (ii) os fragmentos da parte apical dessa espécie, quando comparados com aqueles da parte basal, apresentam maior viabilidade e potencial de colonização (primeiro experimento) e (iii) a invasibilidade de ambientes aquáticos por U. subquadripara é influenciada negativamente pela riqueza e abundância de espécies nativas (segundo experimento). De modo geral, todas as hipóteses foram aceitas: U. subquadripara apresentou alta resistência a dessecação, sendo que os fragmentos da parte apical foram os que apresentaram maior viabilidade e potencial de colonização e tanto a riqueza como a abundância de espécies afetaram negativamente o potencial invasor dessa exótica. Esse último experimento demonstrou que, apesar de limitar o desenvolvimento de U. subquadripara, o efeito da riqueza e abundância de nativas não é suficiente para impedir a invasão de comunidades de macrófitas por essa espécie. Com base nesses resultados, infere-se que o crescimento populacional de U. subquadripara é maior em locais perturbados, principalmente por distúrbios como a seca que, em geral, também apresentam menor abundância e diversidade de espécies nativas.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Y Ramos Suzaki.pdf: 2257740 bytes, checksum: e20921bc0a6b2dbdb9498b56275a75cc (MD5) Previous issue date: 2013-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to study the removal of dye Reactive Black 5 using as biosorbent macrophyte Limnobium spongia. It was investigated the influence of milling the biomass, the particle size, the chemical pretreatment adsorbent with the solution of NaOH 0.1 mol L¬-1 and H2SO4 0.1 mol L-1 , the stirring speed and also the influence of temperature and pH parameters. It was also determined adsorption kinetics and equilibrium. In the study of the influence of grinding, it was observed that the biomass of ground Limnobium spongia showed better results in the adsorption of the dye than the entire biomass. The different particle sizes and pretreatment of biomass tested did not influence significantly the removal of the dye. In the study stirring rate was observed that from 100 rpm external diffusional resistances are reduced to a minimum. The parameters pH and temperature were studied jointly by the method Central Composite Rotatable Design (CCRD), behavior demonstrated that these parameters are independent and greater amount of dye removed occurred at the maximum temperature 49.8°C and at pH 0.8. The kinetic study was made at temperatures of 20 and 50° C, the maximum amount of dye removed and the equilibrium time was of 81.97 mg g-1 and 6 h to 20°C and 105.6 mg g-1 and 4 h to 50°C. The kinetic data were best represented by pseudo-second order model. The equilibrium isotherms were performed at temperatures of 20, 30, 40 and 50º C. The highest removal of dye was 108.17 mg g-1 at 50°C and amount removed was 86 mg g-1 at 20°C. The equilibrium data of isotherms at all temperatures were predicted by the Langmuir model. / Este trabalho teve como objetivo estudar a remoção do corante Preto Reativo 5 utilizando como biossorvente a macrófita Limnobium spongia. No estudo da biossorção do corante, foram investigadas a influência da moagem da biomassa, o tamanho da partícula, o pré-tratamento químico do adsorvente com soluções de NaOH 0,1 mol L¬-1 e H2SO4 0,1 mol L¬-1, a velocidade de agitação e também a influência dos parâmetros temperatura e pH. Foram determinadas a cinética de adsorção e o equilíbrio. No estudo da influência da moagem, observou-se que a biomassa de Limnobium spongia moída obteve melhores resultados na adsorção do corante do que a biomassa inteira. As diferentes granulometrias e pré-tratamentos da biomassa testadas não influenciaram de forma significativa na remoção do corante. No estudo da velocidade de agitação observou-se que a partir de 100 rpm as resistências difusionais externas foram reduzidas ao seu valor mínimo. Os parâmetros pH e temperatura foram estudados de forma conjunta através do método de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) e o resultado demonstrou que estes parâmetros são independentes e que a maior quantidade de corante removida aconteceu na temperatura máxima testada 49,8ºC e no pH 0,8 (mínimo testado). O estudo cinético foi realizado nas temperaturas de 20 e 50ºC, a quantidade máxima de corante removido e o tempo de equilíbrio foram de 81,97 mg g-1¬¬ e 6 h para 20º e 105,6 mg g-1¬¬ e 4 h para 50ºC. Os dados cinéticos foram melhor representados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. As isotermas de equilíbrio foram avaliadas nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50ºC. O maior valor de remoção de corante foi de 108,2 mg g-1 na isoterma de 50ºC, enquanto que a quantidade máxima removida foi de 86 mg g-1 na isoterma de 20ºC. Os dados de equilíbrio das isotermas apresentaram comportamento previsto pelo modelo de Langmuir.