A represa de Guarapiranga faz parte da sub-bacia do alto Tietê e situa-se entre a Região Metropolitana de São Paulo e cidades vizinhas: Itapecerica da Serra e Embu-guaçu, SP (230 43\' S e 46° 32\' W). Sua bacia estende-se ainda pelos municípios de Embu e Cotia. Foi construída em 1906 pela barragem do rio Guarapiranga, com o objetivo de regularizar as vazões contribuintes e ampliar a produção de energia elétrica em Santana do Parnaíba. Em 1926 passou a servir ao abastecimento público e atualmente suas finalidades são: controle de enchentes, geração de energia, recreação e abastecimento. É responsável pelo atendimento da demanda hídrica de 60 por cento da população da Região Metropolitana de São Paulo, sendo o segundo sistema produtor da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, suprindo 21 bairros da cidade de São Paulo e também Taboão da Serra, Osasco e Carapicuíba. Nas últimas décadas a qualidade de suas águas vem sendo submetida a séria deterioração, em virtude da intensa ocupação e usos inadequados do solo de sua bacia de drenagem, bem como dos crescentes aportes de esgotos, que incrementaram sua eutrofização e o desenvolvimento explosivo da comunidade fitoplanctônica. Este trabalho relata aspectos ecológicos, sanitários e indica ações para um manejo mais adequado da represa de Guarapiranga, a partir da análise da comunidade fitoplanctônica e suas relações com as variáveis ambientais, estudadas no período entre maio de 1991 e julho de 1992. Os dados foram obtidos em campanhas semanais de amostragem em dois pontos da área de água aberta superficial da represa. Neste estudo foram analisadas as características e flutuações da comunidade fitoplanctônica (riqueza, densidade, bioárea, biovolume, diversidade de espécies, uniformidade, estratégias adaptativas, bem como taxas de alteração). Propôs-se um método para avaliação da persistência dos grupos analisados, que mostrou-se eficiente, especialmente para a avaliação sanitária. Foram analisadas simultaneamente as características climatológicas e hidrológicas atuantes na represa e também os aspectos fisicos e químicos da qualidade da água (temperatura, profundidade, transparência, cor, turbidez, condutividade, potencial hidrogeniônico, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio, alcalinidade, dureza, teor de sólidos totais em suspensão, fósforo solúvel reativo, fosfato total, nitrogênio amoniacal, nitrato, sulfato, cloreto, cálcio, potássio, silício, sódio, magnésio, manganês, cobre, alumínio, ferro e zinco). Os resultados mostraram a ocorrência de 240 táxons, sendo que as clorococales e as zignemaficeas destacaram-se pela riqueza de espécies. A comunidade demonstrou os efeitos da eutrofização, através da alta produção algácea expressa pelas elevadas densidades e biovolumes, especialmente de espécies indicadoras de eutrofização. Os fatores climáticos e a influência antrópica (expressa pela eutrofização, operação hidráulica e controle algáceo) atuaram como as principais forçantes de alterações da comunidade fitoplanctônica. Os dados obtidos para a estação de coleta mais próxima da barragem e captação de água para abastecimento - denominado ponto 1- mostraram a influência da urbanização de suas margens, e os obtidos na estação mais a montante - ponto 4 - indicaram as influências de desmatamentos recentes. Observou-se que as chuvas promovem entrada de nutrientes e contaminantes, magnificando os resultados da degradação ambiental. Estes ingressos de nutrientes favorecem um maior desenvolvimento algáceo. Entre os efeitos da degradação na qualidade da água, o mais deletério é o ingresso de teores elevados de metais, entre estes o alumínio, citado na literatura médica por sua relação com doenças neurológicas crônicas como o mal de Alzheimer. O risco à saúde humana é discutido neste trabalho. O teor deste metal mostrou correlação negativa com densidade, bioárea e riqueza de espécies do fitoplâncton. A espécie que mais se destacou na represa, em densidade e biomassa, foi Dictyosphaerium ehrenberghianum. Criptoficeas e zignemaficeas mostraram maior taxa de alteração das comunidades, devido às aplicações de sulfato de cobre para o controle algáceo, realizadas na área de captação para abastecimento - ponto 1. Rhizosolenia eiriensis mostrou correlação negativa com o teor aplicado deste algicida, o que pode indicar sensibilidade desta espécie ao controle. Espécies de Mougeotia contribuíram expressivamente para a densidade e o biovolume total das algas em água aberta, durante as fases de maior movimentação, períodos estes de intensa pluviosidade. A estabilidade da comunidade fitoplanctônica foi espressa por algumas fases de equilíbrio verificadas apenas na estação de captação, bem como pela persistência de penales nesta estação e de volvocales na estação a montante. Diatomáceas atingiram seu auge nos períodos de inverno, clorococales e zignemaficeas, no verão. O aumento da disponibilidade de nutrientes por aporte da bacia ou por senescência das algas, especialmente de clorococales e zignemaficeas no verão e a concentração de nutrientes durante a seca mais intensa, favoreceram o desenvolvimento de Cyanophyceae/Cyanobacteria como Aphanocapsa, Synechoccocus, Oscillatoria e Pseudoanabaena. As florações de cianoficeas são discutidas sob o aspecto ecológico e sanitário, incluindo os riscos à saúde humana. As espécies que se destacaram em biovolume ou densidade são, em geral, relatadas na literatura como indicadoras de ambiente eutrofizado. Espécies oportunistas, r-estrategistas tiveram seu desenvolvimento favorecido no ambiente estudado, não sendo encontradas quantidades expressivas de espécies estritamente K-estrategistas. A teoria ecológica que mostrou-se mais adequada, provendo maior quantidade de informação foi a teoria do não equilíbrio, com a aplicação do teste da hipótese do distúrbio intermediário. A qualidade ambiental e em especial a da comunidade fitoplanctônica, foi analisada quanto às características sanitárias. A partir dos resultados obtidos e considerando-se também a realidade atual das forças econômicas, políticas e sociais atuantes, propõe-se medidas de melhoramento do manejo e qualidade ambiental, estabelecendo-se prioridades de curto, médio e longo prazo para sua aplicação. Este estudo permitiu concluir que a represa de Guarapiranga é um ambiente de alta taxa de transferência de matéria e energia que as recebe, transforma em biomassa planctônica e as exporta, configurando-se desta forma uma reciclagem muito intensa. Esta reciclagem intensa e o elevado potencial de autodepuração permitem concluir que ações para o melhoramento da qualidade ambiental podem apresentar resultados favoráveis a curto prazo. A importância da eficiência destas ações relaciona-se ao melhoramento da qualidade da água fornecida à população humana, bem como da qualidade de vida dos usuários da represa. / Guarapiranga reservoir belongs to Tietê basin, is located at the Metropolitan Area of São Paulo City, surrounded by other neighbours small Cities as Itapecerica da Serra and Embuguaçu, SP (23° 43\'S and 46° 32\' W). There are two other towns in its basin, Embu and Cotia. The dam was built in 1906, in the Guarapiranga river, in order to provide electric power and to regulate the flow. It started to supply water to São Paulo City in 1926. Nowadays this reservoir which is the second one of São Paulo State\'s Basic Sanitary Company, provides water to 60 per cent of São Paulo\'s Metropolitan Region population, attending 21 districts of São Paulo and another towns, as Osasco and Carapicuiba. It has beeing also used for electric energy production and people recreation. The water quality decreased in the last decades, due to the intensive people migration from other states, attracted to São Paulo\'s economic development. This demographic growth increased the water\'s as well as the land uses and occupation, the degradation of the basin, and also the explosive development of the algae of its waters. This thesis discuss the ecological and sanitary aspects and indicate adequate management measures, supported by the analysis of the phytoplanktonic community and its relationships with the environmental variables, through data weekly sampled from may 1991 to july 1992. The analysis of the phytoplanktonic community characteristics and flutuations (richness, density, bioarea, biovolume, species diversity, eveness, survivor species strategies, alteration rates, and community stability - testing a new method to evaluate community persistance, which showed to be useful), as well as physical and chemical parameters to evaluate the water quality (temperature, depth, transparency, color, turbidity, conductivity, hidrogenionic potencial, dissolved oxygen, biological oxygen demand, alkalinity, hardness, total suspended solids, and PO4-3, TP, NH4+ NO3-, S04-2, CI-, Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Si and Zn) were carried out from two surface sampling stations in the open water. The analysis showed 240 species, detaching Chloroccocales and Zignemaphyceae by their richness. The community showed eutrofication effects through the high algae productivity, expressed by density and biovolume, specially of high trophic level indicator species. The climatic events and anthropic influences, showed by the eutrophication and hidraulic management, as well as showed by the algae control through copper sulphate were the major umpelling forces promoting phytoplanktonic community changes. Station 1, which was the closest station to the dam and intake for supply, showed the urbanization influence of the surrounding areas as well as of the copper sulphate applications, which were carried out only in this station. The station 4, upper in the reservoir, showed the effects of recent deforestation in its border region. Among these effects of the water quality degradation, the most deleterious one, is the input of elevated concentrations of heavy metals as aluminum, related in the medical literature, as responsible for Alzheimer\'s disease. These inputs occurred during high pluviosity periods, and they are related to a deforestation recently carried out at the basin. The rainy season, which promoted these nutrient and contaminant inputs, favoured also the intensive phytoplankton growth. Dictyosphaerium ehrenberghianum was the specie which showed the highest density and biovolume. Cryptophyceae and Zignemaphyceae showed higher alteration rates due to the copper sulphate, and Rhizosolenia eiriensis showed negative correlation with the applied concentration of this algicide. Mougeotia species contributed expressively to the density and biovolume in the open water, due to the intensive water movement during the higher pluviosity periods. The stability of the community was attained in some phases in the station 1, the lentic one but never in the station 4, the most lotic one. Pennales showed high persistance in the station 1, and Volvoccales in the station 4, throughout this study. Diatoms attained its higher values in cold-dry periods, in the winter and Chloroccocales and Zygnemaphyceae, during the warmer-wet periods in the summer. The inputs of nutrients from the basin and/or the senescence of the algae, specially Chlorococcales and Zygnemaphyceae in the summer and the ionic concentration during the most intensive dry periods favoured the growth of Cyanophyceae/Cyanobacteria like Aphanocapsa, Synechoccocus, Oscillatoria and Pseudoanabaena spp. The species which showed the highest productivity are often mentioned in the literature as indicators of eutrophication. Oportunistic species, r-strategists had its development favoured in this environment. The ecological theory, which showed to be more useful and gave more information, was the \"non equilibrium\" theory, with the Hipothesis of the Intermmediate Disturbance test. The environmental and phytoplankton qualities and sanitary characteristics were analysed. The results obtained, as well as economic, political and social present forces were considered in order to propose management measures for improvement of the environmental quality, priorized to be applied in short, medium and long time. This study showed that Guarapiranga reservoir is an environment with high level of energy and material transference, receiving, changing it in living biomass, and exporting its contents to other environments, in this case, our homes. The recycling is very fast, therefore any improvement of the sanitary level at the basin and at the water will be reflected immediatly in the distributed water supply, as well as in the life quality of the users.

Reservatórios apresentam gradientes horizontal e vertical de fatores abióticos que controlam a dinâmica fitoplanctônica, resultando em uma marcada heterogeneidade espacial na produtividade fitoplanctônica. Portanto, o fitoplâncton é um importante objeto de estudo em reservatórios. Tradicionalmente, os estudos ecológicos com fitoplâncton partiam da análise da comunidade a partir de espécies ou grandes divisões taxonômicas, como classes. Com o avanço do conhecimento, surgiram novas abordagens para o estudo desta comunidade, como os grupos funcionais. Diversos autores propuseram metodologias de classificação de grupos funcionais, baseados em diferentes critérios, como fisiologia, ecologia e/ou morfologia. O objetivo geral do presente estudo foi investigar a estrutura da comunidade fitoplanctônica em relação às características ambientais em duas represas de abastecimento de água da Região Metropolitana de São Paulo, as represas Billings e Guarapiranga. Para atender aos objetivos específicos, diversos aspectos foram abordados, como os possíveis impactos da transposição de águas da represa Billings para a Guarapiranga, a utilização de grupos funcionais na detecção de padrões ambientais, a comparação de diferentes metodologias de agrupamentos funcionais do fitoplâncton, a ocorrência do dinoflagelado invasor Ceratium furcoides em reservatórios brasileiros e a heterogeneidade ambiental da represa Guarapiranga com base na qualidade da água e nas comunidades planctônicas. As represas Billings e Guarapiranga discriminaram-se quanto às variáveis físicas, químicas e biológicas, sendo classificadas como meso/eutróficas. A comunidade fitoplanctônica da represa Billings foi dominada pelo dinoflagelado invasor Ceratium furcoides (Lo), que provavelmente está sendo transferido para a represa Guarapiranga através do sistema de transposição. A baixa qualidade da água do ribeirão Parelheiros influenciou fortemente a qualidade da água da represa Guarapiranga, principalmente na região de entrada deste tributário, com domínio do grupo funcional LM. As regiões mais distantes da região de influência do ribeirão Parelheiros na represa Guarapiranga apresentaram condições distintas, devido à influência de tributários com melhor qualidade de água. Observou-se abundância de distintos grupos funcionais, como WS, H1 e A, evidenciando uma heterogeneidade da qualidade da água no eixo longitudinal da represa Guarapiranga. Três compartimentos principais foram identificados: 1) região do Embu-Guaçu, parte alta da represa, mais protegida e menos eutrófica dominada por fitoplâncton R-estrategista e rotíferos; 2) região do Parelheiros, um braço eutrófico da represa com domínio de fitoplâncton C-estrategista e elevada densidade de copépodes ciclopóidas e 3) parte baixa do reservatório, com características eutróficas e lacustrinas, co-dominância de fitoplâncton C e S-estrategistas e maior contribuição de copépodes à densidade total do zooplâncton. A adição do algicida sulfato de cobre na água da represa Guarapiranga influenciou a formação de compartimentos com base nas comunidades fitoplanctônica e zooplanctônica. Ao fim deste trabalho, evidenciou-se a importância 1) da preservação do ribeirão Parelheiros e do monitoramento da transferência de espécies fitoplanctônicas da represa Billings para a Guarapiranga visando a preservação da qualidade da água represa Guarapiranga, 2) da necessidade do monitoramento da ocorrência e dispersão de C. furcoides no Brasil, 3) da implementação de programas de manejo na represa Guarapiranga que levem em consideração a presença de heterogeneidade ambiental neste reservatório e 4) da utilização dos grupos funcionais fitoplanctônicos como ferramenta na identificação de padrões ambientais / Reservoirs exhibit horizontal and vertical gradients of abiotic factors that control phytoplankton dynamics, resulting in a marked spatial heterogeneity in phytoplankton productivity. Therefore, phytoplankton is an important object of study in reservoirs. Traditionally, ecological studies on phytoplankton community were based on species or taxonomic major divisions, such as classes. As science advanced, new approaches appeared, such as functional groups. Several authors have proposed methods of functional groups\' classification based on different criteria, such as physiology, ecology and/or morphology. The general objective of this study was to investigate the structure of the phytoplankton community in relation to environmental characteristics in two water supply reservoirs in São Paulo Metropolitan Area, Billings and Guarapiranga reservoirs. To reach some specific aims, several aspects were investigated: the possible impacts of the water transfer from Billings to Guarapiranga reservoir, the use of functional groups in the detection of environmental patterns, comparison of different methodologies of phytoplankton functional groups\' classification, the occurrence the invasive dinoflagellate Ceratium furcoides in Brazilian reservoirs and the environmental heterogeneity of Guarapiranga reservoir based on water quality and planktonic communities. Billings and Guarapiranga reservoirs exhibited distinct physical, chemical and biological characteristics, being both classified as meso/eutrophic. The phytoplankton community of Billings reservoir was dominated by C. furcoides (Lo), which is probably being transferred to Guarapiranga through the water transfer system. The poor water quality of the Parelheiros stream strongly influenced the water quality of Guarapiranga reservoir, mainly at the entrance of this tributary, with dominance of functional group LM. Regions further away from Parelheiros stream in Guarapiranga reservoir exhibited different conditions, due to the influence of tributaries with better water quality. It was observed abundance of different functional groups, such as WS, H1 and A, demonstrating the presence of water quality heterogeneity in the longitudinal axis of Guarapiranga reservoir. Three main compartments were identified: 1) Embu Guaçu region, upstream, more protected and less eutrophic, dominated by phytoplankton R-strategists and rotifers; 2) Parelheiros region, a eutrophic branch of the reservoir, dominated by phytoplankton C- strategists and high density of copepods cyclopoids and 3) the lower part of the reservoir, with eutrophic and lacustrine features, co-dominance of phytoplankton C and S-strategists and higher contribution of copepods to the total density of zooplankton. The addition of the algaecide copper sulfate in the reservoir\'s water influenced the formation of compartments based on phytoplankton and zooplankton communities. Some final remarks were highlighted at the end of this study: 1) the importance of the preservation of Parelheiros stream\'s water quality in order to maintain Guarapiranga reservoir water quality, 2) the transfer of phytoplankton species from Billings to Guarapiranga reservoir must be closely monitored, 3) the occurrence and dispersion of C. furcoides in Brazililian waters must be closely monitored, 4) management programs in Guarapiranga reservoir must take into account the presence of water quality heterogeneity and 5) phytoplankton functional groups as a tool for identifying environmental patterns should be applied

Com a rápida e desorganizada expansão humana o processo de eutrofização do complexo Billings está acelerado, afetando a dinâmica das comunidades aquáticas, em particular a fitoplanctônica. Uma das conseqüências da eutrofização são as florações de cianobactérias. Dentre os 150 gêneros de Cyanobacteria, cerca de 40 são produtores de toxinas (cianotoxinas). O reservatório Billings abrange áreas de 7 municípios e localiza-se a oeste da cidade de São Paulo, a 23º 47\' S e 46º e 40\' W, e a uma altitude de 746m. Seus usos incluem saneamento, geração de energia elétrica, lazer e abastecimento público. Este trabalho tem como objetivos principais: a) efetuar análises em duas coletas (época chuvosa e época seca) das varáveis físicas, químicas e biológicas da água em três pontos no complexo Billings e em três profundidades (superfície, meio e fundo) (Capítulo II), b) Identificar e quantificar a comunidade de cianobactérias em cada um dos pontos e relacionar a riqueza e abundância com a qualidade das águas (Capítulo II) e c) Analisar qualitativamente as cianobactérias presentes, com uso de técnicas de biologia molecular, incluindo polimorfismo genético (Capítulo III); d) Comparar os dados obtidos com as análises qualitativas tradicionais com os dados das análises moleculares, associados à diferentes amostragens e em épocas do ano distintas (Cápitulo IV). As concentrações de clorofila-a, fósforo total e oxigênio dissolvido não estão em conformidade com a resolução CONAMA nº357 para corpos hídricos classe II na maioria das amostras dos pontos analisados. As florações fitoplanctônicas, foram presentes neste estudo na represa Billings, apresentando altos biovolumes de cianobactérias (20568,5 µm3/mL no Ponto 1 em fevereiro de 2012) e de outros organismos fitoplanctônicos como os dinoflagelados (1000544 µm3/mL no Ponto 2 em fevereiro de 2012). Foram observadas florações do dinoflagelado Ceratium furcoides e da cianobactéria Microcystis aeruginosa em agosto e fevereiro, respectivamente, levando a preocupações com relação às condições tróficas do reservatório e aos potenciais prejuízos que estas espécies podem causar. O reservatório foi classificado entre supereutrófico e hipereutrófico, indicando forte degradação da qualidade das águas nos pontos amostrados. As análises moleculares não foram satisfatórias para a caracterização molecular das cianobactérias, pois as enzimas utilizadas para a digestão do DNA extraído e amplificado não encontraram o sítio para clivagem, sendo as adequações das reações e a utilização de outras enzimas as próximas etapas deste trabalho / With the rapid expansion and disorganized human process of eutrophication complex Billings is accelerated, affecting the dynamics of aquatic communities, particularly the phytoplankton. One consequence of eutrophication are cyanobacterial blooms. Among the 150 genera of Cyanobacteria, about 40 are producers of toxins (cyanotoxins). The Billings reservoir covers seven counties and areas located west of the city of São Paulo, at 23 º 47 \'S and 46 º 40\' W, at an altitude of 746m. Its uses include sanitation, power generation, recreation and public supply. This work has as main objectives: a) conduct analyzes in two samples (wet season and dry season) variables of the physical, chemical and biological characteristics of water at three points in the complex Billings and three depths (surface, middle and bottom) (Chapter II ), b) Identify and quantify the community of cyanobacteria in each of the points and relate the richness and abundance with water quality (Chapter II) and c) analyze qualitatively the cyanobacteria present, using molecular biology techniques, including genetic polymorphism (Chapter III); d) Compare the data obtained with the traditional qualitative analyzes with data from molecular analyzes, associated with different samples and different seasons (Chapter IV). The concentrations of chlorophyll-a, total phosphorus and dissolved oxygen are not in accordance with the Resolution CONAMA 357 for class II water bodies in most of the samples analyzed points. The phytoplankton blooms were present in this study in the Billings, showing high biovolumes cyanobacterial (20,568.5 μ m3/mL at Point 1 in February 2012) and other organisms as phytoplankton dinoflagellates (1000544 μ m3/mL at Point 2 in February 2012). Were observed blooms of the dinoflagellate Ceratium furcoides and the cyanobacterium Microcystis aeruginosa in August and February, respectively, leading to concerns in relation to trophic conditions of the reservoir and the potential damage that these species can cause. The reservoir was ranked among supereutrophic and hypertrophic, indicating strong degradation of water quality in the sampled points. Molecular analyzes were not satisfactory for the molecular characterization of cyanobacteria, as the enzymes used for digestion of DNA extracted and amplified not find the site for cleavage, and the adequacy of the reactions and the use of other enzymes the next steps of this work

Coletas de amostras de água para o estudo do fitoplâncton foram feitas, quinzenalmente, de outubro de 1977 a setembro de 1978, na Represa Billings, em São Bernardo do Campo, Estado de São Paulo. Foram amostrados dois locais: estação 1, no braço do Rio Grande e estação 2, no braço do Rio Pequeno. Procurou-se efetuar um estudo sazonal característico de clima tropical e subtropical ao abranger períodos consecutivos de chuva e estiagem. A distribuição do \"standing-stock\" do fitoplâncton foi feita por contagem de organismos em UPA/ml e por determinação da clorofila a. Procurou-se relacionar os resultados obtidos referentes ao fitoplâncton com as variáveis fÍsicas e químicas estudadas, quais sejam: temperatura, cor, turbidez, transparência, condutividade elétrica, pH, oxigênio dissolvido, oxigênio consumido, amônia, nitrito, fosfato e sílica. O máximo quantitativo da população fitoplanctônica foi encontrado no período de estiagem. Qualitativamente, foi obtido no período de chuva. Geralmente, predominaram Mougeotia sp. (Chlorophyceae) na estação 1 e Microcystis aeruginosa (Cyanophyceae) na estação 2, ambas apresentaram variação sazonal acentuada, o que nao aconteceu com as Euglenophyceae, as Chrysophyceae e as Dinophyceae. A temperatura influencia a distribuição quantitativa do fitoplâncton; quando foram registradas temperaturas altas a abundância de fitoplâncton foi menor. Nas estações estudadas, os teores de amônia e nitrato apresentaram variação sazonal acentuada, sendo máximos no período de estiagem. Portanto, houve coincidência no desenvolvimento quantitativo do fitoplâncton e nutrientes (amônia e nitrato). Houve uma correspondência evidente entre os picos de oxigênio dissolvido e a porcentagem de saturação desse gás na água com o pico de fitoplâncton total, evidenciando a contribuição de oxigênio pela fotossíntese. Os dados obtidos referentes ao \"standingstock\" de fitoplâncton (clorofia a e contagem de organismos), nutrientes (amônia e nitrato) e oxigênio consumido indicam que a Represa Billings constitui um ambiente eutrófico. / Phytoplankton samples were collected every two weeks at two stations for a period of one year (Oct., 1977 - Sept., 1978). The station 1 is located at Rio Grande and station 2 at Rio Pequeno in the Billings Reservoir, São Bernardo do Campo, State of São Paulo. The standing stock of the phytoplankton was determined by organisms counting and chlorophyll-a determination. An attempt was made to correlate phytoplankton with environmental factors, such as: tide, temperature, color, turbidity, water transparence, electric condutivity, pH, dissolved oxygen, consumed oxygen, ammonia, nitrits, nitrates, phosphates and silica. The phytoplankton consisted mainly of Mougeotia sp. (Chlorophyceae) at station 1 and Microcytis aeruginosa (Cyanophyceae) at station 2. Both groups showed a marked seasonal variation, but Euglenophyceae, Chrysophyceae, and Dinophyceae did not show this pattern. The maximum of phytoplankton was recorded during the draught season. Qualitatively, however, the phytoplankton maximum was recorded during the rainy season. It was also noted an influence of the temperature over the quantitative distribution of the phytoplankton; at high temperatures the phytoplankton abundance was less significant. The ammonia and nitrates concentrations also showed a marked seasonal variation, their peaks attained during the drought period. Therefore, there was a coincidence in the quantitative development of phytoplankton and the amount of nutrients (ammonia and nitrates). The peaks of the dissolved oxygen content of the water, and of the oxygen saturation values were very much related to the phytoplankton peak, showing the oxygen contribution by photosinthesis. The data obtained which refer to the standing stock of phytoplankton (chlorophyll-a and organism counting), nutrients (ammonia and nitrate) and the consumed oxygen indicate that the Billings Reservoir constitutes an eutrophic environment.

Understanding the impact of warming on organisms, communities and ecosystems is a central problem in ecology. Although species responses to warming are well documented, our ability to scale up to predict community and ecosystem properties is limited. Improving understanding of the mechanisms that link patterns and processes over multiple levels of organisation and across spatial and temporal scales promises to enhance our ability to predict whether the biosphere will exacerbate, or mitigate, climate warming. In this thesis, I combine ideas from metabolic theory with a variety of experimental approaches to further our understanding of how warming will impact photosynthesis and respiration across scales. Firstly, I show how phytoplankton can rapidly evolve increased thermal tolerance by downregulating rates of respiration more than photosynthesis. This increased carbon-use efficiency meant that evolved populations allocated more fixed carbon to growth. I then explore how constraints on individual physiology and community size structure influence phytoplankton community metabolism. Using metabolic theory, I link community primary production and respiration to the size- and temperature- dependence of individual physiology and the distribution of abundance and body size. Finally, I show that selection on photosynthetic traits within and across taxa dampens the effects of temperature on ecosystem-level gross primary production in a set of geothermal streams. Across the thermal-gradient, autotrophs from cold streams had higher photosynthetic rates than autotrophs from warm streams. At the ecosystem-level, the temperature-dependence of gross primary productivity was similar to that of organism-level photosynthesis. However, this was due to covariance between biomass and stream temperature; after accounting for the effects of biomass, gross primary productivity was independent of temperature. Collectively, this work emphasises the importance of ecological, evolutionary and physiological mechanisms that shape how metabolism responds to warming over multiple levels of organisation. Incorporating both the direct and indirect effects of warming on metabolism into predictions of the biosphere to climate futures should be considered a priority.

This thesis addresses time-series analyses of microbial (i.e. marine heterotrophic bacteria and phytoplankton) and microbially relevant ecosystem variables at two ocean time series stations - Palmer Station in the coastal Western Antarctic Peninsula (WAP) and the Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS) site in the Sargasso Sea. Using a diverse spectrum of statistical analyses and models, the aim of this thesis is to gain the better insight into 1) variability of microbial and ecosystem processes across varying time scales, from seasonal to interdecadal, and 2) how each process is influenced by variability of surrounding local physical forcing factors as well as regional and global-scale climate variability along the study region. Chapter 1 provides an introduction to the two study sites as well as a brief history of the ocean time-series programs there. Chapter 2 deals with phytoplankton and nutrient drawdown variability over an interdecadal (1993-2013) period using seasonal time-series variables collected at Palmer Station during full 6-months of Austral growing seasons (October-March). Specifically, the linkage between large-scale climate modes relevant to the WAP area and phytoplankton and nutrient patterns is explored to establish the underlying mechanisms of the observed ecosystem variability, which is ultimately triggered by climate conditions via mediatory physical forcing factors. Chapter 3 addresses a decadal (2002-2014) variability of heterotrophic bacterial variables collected at Palmer Station in Antarctica. This Chapter 3 provides an insight into why bacterial activity was shown to be restricted in this very productive ecosystem from diverse aspects gained using different statistical approaches. Furthermore, the linkage between bacterial properties and surrounding environmental conditions is explored. Finally, Chapter 4 concerns an event-scale phenomenon - the frequency of winter storms - and its impact on bacterial dynamics and ecological processes at the BATS site. Using a previously developed storm tracking algorithm, this study benefits from establishing a mechanistic connection between storm forcing and bacterial processes via storm-induced variability of physical environments - the extent of wind-mixing and entrainment of cold water into the upper mixed-layer. The finding of Chapter 4 is novel in the aspect that prevalent negative North Atlantic Oscillation (NAO) conditions, which lead to frequent arrivals of winter storms over the BATS region, in part, explain a significant decreasing bacterial trend over the past 24-year period. Overall, my thesis, in conjunction with work performed by fellow microbial oceanographers, aims to provide evidence of microbial responses to physical forcings across varying time scales in the strongly coupled climate-biogeochemical systems at two contrasting ocean sites based on a variety of statistical approaches.

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Com a rápida e desorganizada expansão humana o processo de eutrofização do complexo Billings está acelerado, afetando a dinâmica das comunidades aquáticas, em particular a fitoplanctônica. Uma das conseqüências da eutrofização são as florações de cianobactérias. Dentre os 150 gêneros de Cyanobacteria, cerca de 40 são produtores de toxinas (cianotoxinas). O reservatório Billings abrange áreas de 7 municípios e localiza-se a oeste da cidade de São Paulo, a 23º 47\' S e 46º e 40\' W, e a uma altitude de 746m. Seus usos incluem saneamento, geração de energia elétrica, lazer e abastecimento público. Este trabalho tem como objetivos principais: a) efetuar análises em duas coletas (época chuvosa e época seca) das varáveis físicas, químicas e biológicas da água em três pontos no complexo Billings e em três profundidades (superfície, meio e fundo) (Capítulo II), b) Identificar e quantificar a comunidade de cianobactérias em cada um dos pontos e relacionar a riqueza e abundância com a qualidade das águas (Capítulo II) e c) Analisar qualitativamente as cianobactérias presentes, com uso de técnicas de biologia molecular, incluindo polimorfismo genético (Capítulo III); d) Comparar os dados obtidos com as análises qualitativas tradicionais com os dados das análises moleculares, associados à diferentes amostragens e em épocas do ano distintas (Cápitulo IV). As concentrações de clorofila-a, fósforo total e oxigênio dissolvido não estão em conformidade com a resolução CONAMA nº357 para corpos hídricos classe II na maioria das amostras dos pontos analisados. As florações fitoplanctônicas, foram presentes neste estudo na represa Billings, apresentando altos biovolumes de cianobactérias (20568,5 µm3/mL no Ponto 1 em fevereiro de 2012) e de outros organismos fitoplanctônicos como os dinoflagelados (1000544 µm3/mL no Ponto 2 em fevereiro de 2012). Foram observadas florações do dinoflagelado Ceratium furcoides e da cianobactéria Microcystis aeruginosa em agosto e fevereiro, respectivamente, levando a preocupações com relação às condições tróficas do reservatório e aos potenciais prejuízos que estas espécies podem causar. O reservatório foi classificado entre supereutrófico e hipereutrófico, indicando forte degradação da qualidade das águas nos pontos amostrados. As análises moleculares não foram satisfatórias para a caracterização molecular das cianobactérias, pois as enzimas utilizadas para a digestão do DNA extraído e amplificado não encontraram o sítio para clivagem, sendo as adequações das reações e a utilização de outras enzimas as próximas etapas deste trabalho / With the rapid expansion and disorganized human process of eutrophication complex Billings is accelerated, affecting the dynamics of aquatic communities, particularly the phytoplankton. One consequence of eutrophication are cyanobacterial blooms. Among the 150 genera of Cyanobacteria, about 40 are producers of toxins (cyanotoxins). The Billings reservoir covers seven counties and areas located west of the city of São Paulo, at 23 º 47 \'S and 46 º 40\' W, at an altitude of 746m. Its uses include sanitation, power generation, recreation and public supply. This work has as main objectives: a) conduct analyzes in two samples (wet season and dry season) variables of the physical, chemical and biological characteristics of water at three points in the complex Billings and three depths (surface, middle and bottom) (Chapter II ), b) Identify and quantify the community of cyanobacteria in each of the points and relate the richness and abundance with water quality (Chapter II) and c) analyze qualitatively the cyanobacteria present, using molecular biology techniques, including genetic polymorphism (Chapter III); d) Compare the data obtained with the traditional qualitative analyzes with data from molecular analyzes, associated with different samples and different seasons (Chapter IV). The concentrations of chlorophyll-a, total phosphorus and dissolved oxygen are not in accordance with the Resolution CONAMA 357 for class II water bodies in most of the samples analyzed points. The phytoplankton blooms were present in this study in the Billings, showing high biovolumes cyanobacterial (20,568.5 μ m3/mL at Point 1 in February 2012) and other organisms as phytoplankton dinoflagellates (1000544 μ m3/mL at Point 2 in February 2012). Were observed blooms of the dinoflagellate Ceratium furcoides and the cyanobacterium Microcystis aeruginosa in August and February, respectively, leading to concerns in relation to trophic conditions of the reservoir and the potential damage that these species can cause. The reservoir was ranked among supereutrophic and hypertrophic, indicating strong degradation of water quality in the sampled points. Molecular analyzes were not satisfactory for the molecular characterization of cyanobacteria, as the enzymes used for digestion of DNA extracted and amplified not find the site for cleavage, and the adequacy of the reactions and the use of other enzymes the next steps of this work

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) PDF - Davi Freire da Costa.pdf: 2571712 bytes, checksum: be45e4292a08c1468d138495e0068e73 (MD5) Previous issue date: 2014-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The relationship between ecosystem productivity and biological diversity or PDR (English "productivity-diversity relationships") has become a research area in ecology that has contributed to increasing knowledge about the functioning of ecosystems. Ecologists have found variations in the shape of PDR, such as positive or negative linear, unimodal “humpshaped” or "U-shaped" and unrelated described. There is evidence that PDR is positive linear in regional scale and unimodal in local scale when the regional dissimilarity in species composition increases with productivity in lagoon systems. However, there are in literature, variations in the PDR in phytoplankton on a local scale, which allows us to suggest that environmental factors may affect this relationship locally. Reservoirs are spatially heterogeneous ecosystems, since they have compartments with conditions ranging from lentic in dam until lotic in tributary. This study aimed to: assess the shape of the PDR in phytoplankton reservoirs in local (compartments) and regional (reservoirs) scale; assess the relationship between regional dissimilarity in species composition and regional average productivity; and test the potential of environmental factors such as productivity measures and other physical and chemical factors as descriptors of phytoplankton diversity on scale spatial adopted. For this, were chosen 23 sampling points distributed in seven reservoirs located in the watershed of the river Paraíba, semi-arid northeast of Brazil. Samples were collected at these points to determine the availability of nutrients (total nitrogen, ammonia, nitrite, nitrate, orthophosphate and total phosphorus), phytoplankton biomass and richness. It was used the nutrient availability and phytoplankton biomass as measures of productivity and species richness as a measure of diversity. Some physical and chemical factors of water, such as temperature, pH, conductivity, turbidity, dissolved oxygen, total dissolved solids and salinity were obtained from field equipment. Regression analyses were performed to verify the shape of the relationship between measures of productivity and diversity, and between regional dissimilarity in species composition and the regional average productivity. Generalized linear models analyses were done to test the potential of environmental factors as descriptors of the richness of phytoplankton. The shape of the PDR did not vary with spatial scale, linear negative and unimodal relationships were observed. The regional dissimilarity decreased with the regional average productivity. The models indicated that local richness was influenced by physical and chemical factors besides productivity measures. It was concluded that the form of PDR was independent of spatial scale using reservoirs as units of study, situation attributed to the effect of eutrophication on reducing the differences between the species composition of the compartments within each reservoir, generating losses in the diversity of these ecosystems. Furthermore, analysis of the models showed indications that the PDR on a local scale can be influenced by physical and chemical environmental factors. / A relação entre a produtividade do ecossistema e diversidade biológica ou PDR (do inglês “productivity-diversity relationships”) tornou-se uma área de pesquisa em ecologia que tem contribuído cada vez mais para o conhecimento sobre o funcionamento dos ecossistemas. Os ecologistas têm verificado variações na forma desta PDR, tais como linear positiva ou negativa, unimodal em forma de “corcunda” ou em forma de “U” e sem relação descrita. Existem evidências que a PDR é linear positiva em escala regional e unimodal em escala local quando a dissimilaridade regional na composição de espécies aumenta com a produtividade em sistemas lagunares. No entanto, encontram-se na literatura, variações na forma da PDR em fitoplâncton na escala local, o que permite sugerir que fatores ambientais podem interferir localmente nesta relação. Reservatórios são ecossistemas espacialmente heterogêneos, pois apresentam compartimentos com condições que variam de lêntica na barragem até lótica nos rio tributário. Este trabalho objetivou: avaliar a forma da PDR em fitoplâncton de reservatórios em escala local (compartimentos) e regional (reservatórios); avaliar a relação entre a dissimilaridade regional na composição de espécies e produtividade média regional; e testar o potencial de fatores ambientais, tais como medidas de produtividade e outros fatores físicos e químicos como descritores da diversidade fitplanctônica nas escalas espaciais adotadas. Para isto, foram escolhidos 23 pontos de amostragem distribuídos em sete reservatórios localizados na bacia hidrográfica do rio Paraíba, semiárido nordestino do Brasil. Amostras foram coletadas nestes pontos para determinação da disponibilidade de nutrientes (nitrogênio total, amônia, nitrito, nitrato, fósforo total e ortofosfato), biomassa e riqueza fitoplanctônica. Utilizou-se a disponibilidade de nutrientes e biomassa fitplanctônica como medidas de produtividade e a riqueza de espécies como medida de diversidade. Alguns fatores físicos e químicos da água, tais como temperatura, pH, condutividade elétrica, turbidez, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos e salinidade foram obtidos através de equipamento de campo. Análises de regressão foram feitas para verificar a forma da relação entre as medidas de produtividade e a diversidade, e entre a dissimilaridade regional na composição de espécies e a produtividade média regional. Análises de modelos lineares generalizados foram feitas para testar o potencial de fatores ambientais como descritores da riqueza fitoplanctônica. A forma da PDR não variou com a escala espacial, foram observadas relações lineares negativas e unimodais. A dissimilaridade regional diminuiu com a produtividade média regional. Os modelos indicaram que a riqueza local foi influenciada por fatores físicos e químicos além das medidas de produtividade. Conclui-se que a forma da PDR foi independente da escala espacial utilizando reservatórios como unidades de estudo, situação atribuída ao efeito da eutrofização em reduzir as diferenças entre a composição de espécies dos compartimentos dentro de cada reservatório, gerando perdas na diversidade destes ecossistemas. Além disso, a análise dos modelos mostraram indícios que a PDR em escala local pode ser influenciada por fatores físicos e químicos do ambiente.

Coletas de amostras de água para o estudo do fitoplâncton foram feitas, quinzenalmente, de outubro de 1977 a setembro de 1978, na Represa Billings, em São Bernardo do Campo, Estado de São Paulo. Foram amostrados dois locais: estação 1, no braço do Rio Grande e estação 2, no braço do Rio Pequeno. Procurou-se efetuar um estudo sazonal característico de clima tropical e subtropical ao abranger períodos consecutivos de chuva e estiagem. A distribuição do \"standing-stock\" do fitoplâncton foi feita por contagem de organismos em UPA/ml e por determinação da clorofila a. Procurou-se relacionar os resultados obtidos referentes ao fitoplâncton com as variáveis fÍsicas e químicas estudadas, quais sejam: temperatura, cor, turbidez, transparência, condutividade elétrica, pH, oxigênio dissolvido, oxigênio consumido, amônia, nitrito, fosfato e sílica. O máximo quantitativo da população fitoplanctônica foi encontrado no período de estiagem. Qualitativamente, foi obtido no período de chuva. Geralmente, predominaram Mougeotia sp. (Chlorophyceae) na estação 1 e Microcystis aeruginosa (Cyanophyceae) na estação 2, ambas apresentaram variação sazonal acentuada, o que nao aconteceu com as Euglenophyceae, as Chrysophyceae e as Dinophyceae. A temperatura influencia a distribuição quantitativa do fitoplâncton; quando foram registradas temperaturas altas a abundância de fitoplâncton foi menor. Nas estações estudadas, os teores de amônia e nitrato apresentaram variação sazonal acentuada, sendo máximos no período de estiagem. Portanto, houve coincidência no desenvolvimento quantitativo do fitoplâncton e nutrientes (amônia e nitrato). Houve uma correspondência evidente entre os picos de oxigênio dissolvido e a porcentagem de saturação desse gás na água com o pico de fitoplâncton total, evidenciando a contribuição de oxigênio pela fotossíntese. Os dados obtidos referentes ao \"standingstock\" de fitoplâncton (clorofia a e contagem de organismos), nutrientes (amônia e nitrato) e oxigênio consumido indicam que a Represa Billings constitui um ambiente eutrófico. / Phytoplankton samples were collected every two weeks at two stations for a period of one year (Oct., 1977 - Sept., 1978). The station 1 is located at Rio Grande and station 2 at Rio Pequeno in the Billings Reservoir, São Bernardo do Campo, State of São Paulo. The standing stock of the phytoplankton was determined by organisms counting and chlorophyll-a determination. An attempt was made to correlate phytoplankton with environmental factors, such as: tide, temperature, color, turbidity, water transparence, electric condutivity, pH, dissolved oxygen, consumed oxygen, ammonia, nitrits, nitrates, phosphates and silica. The phytoplankton consisted mainly of Mougeotia sp. (Chlorophyceae) at station 1 and Microcytis aeruginosa (Cyanophyceae) at station 2. Both groups showed a marked seasonal variation, but Euglenophyceae, Chrysophyceae, and Dinophyceae did not show this pattern. The maximum of phytoplankton was recorded during the draught season. Qualitatively, however, the phytoplankton maximum was recorded during the rainy season. It was also noted an influence of the temperature over the quantitative distribution of the phytoplankton; at high temperatures the phytoplankton abundance was less significant. The ammonia and nitrates concentrations also showed a marked seasonal variation, their peaks attained during the drought period. Therefore, there was a coincidence in the quantitative development of phytoplankton and the amount of nutrients (ammonia and nitrates). The peaks of the dissolved oxygen content of the water, and of the oxygen saturation values were very much related to the phytoplankton peak, showing the oxygen contribution by photosinthesis. The data obtained which refer to the standing stock of phytoplankton (chlorophyll-a and organism counting), nutrients (ammonia and nitrate) and the consumed oxygen indicate that the Billings Reservoir constitutes an eutrophic environment.