Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-04Bitstream added on 2014-06-13T18:41:18Z : No. of bitstreams: 1 ferrari_f_dr_rcla.pdf: 6170096 bytes, checksum: db29647f05c1bc94d1b8af1f02960e61 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O presente trabalho objetivou avaliar a estrutura das comunidades perifítica e fitoplanctônica (com ênfase nas diatomáceas), e verificar a influência da escala temporal e espacial sobre a variabilidade dessas comunidades, identificando o principal fator controlador dessa variabilidade. O trabalho foi desenvolvido em dois reservatórios com diferentes estados tróficos no Parque Estadual das Fontes do Ipiranga, Município de São Paulo. Amostragens mensais do perifíton desenvolvido em lâmina de vidro e do fitoplâncton da coluna d’água foram feitas durante 12 meses consecutivos (setembro/2006-agosto/2007) nas regiões pelágica e litorânea do Lago do IAG (oligotrófico) e na região pelágica e em duas entradas no Lago das Garças (hipertrófico). Foram analisadas: transparência da água, temperatura, pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, alcalinidade total, formas de carbono inorgânico, formas totais e dissolvidas de nitrogênio e fósforo e ortossilicato (variáveis abióticas); e clorofila-a fitoplanctônica e perifítica, conteúdos de nitrogênio e fósforo, massas seca e orgânica do perifíton (variáveis bióticas). Os dados foram avaliados mediante estatística descritiva e análises exploratórias multivariadas. A variabilidade temporal foi preponderante sobre a espacial em cada sistema, sendo a última resultante das condições limnológicas mais uniformes entre as regiões. No sistema oligotrófico, a comunidade perifítica foi influenciada por ambos os recursos nutrientes e luz enquanto no sistema hipertrófico, a disponibilidade de luz, fortemente influenciada pela floração de cianobactérias planctônicas, foi o principal fator regulador do acréscimo de biomassa. A composição química e as razões N:P do perifíton representaram a limitação nutricional apenas no sistema oligotrófico, indicando que o potencial desta comunidade como indicadora... / Present thesis aimed at evaluating periphytic and phytoplanktonic community structure (with emphasis on the diatoms) to verify the temporal and spatial scales influence on these communities variability and to identify their main controlling factor. Research was carried out at two reservoirs with distinct trophic states located in the “Parque Estadual das Fontes do Ipiranga”, Municipality of “São Paulo”. Monthly samplings of periphyton growing on glass microscope slides and of phytoplankton from the water column were performed during 12 consecutive months (September/2006-August/2007) at the pelagic and littoral regions of IAG Pond (oligotrophic) and the pelagic and 2 inflows of Garças Pond (hypertrophic). Abiotic characteristics studied were: water transparency, turbity, temperature, pH, eletric conductivity, dissolved oxygen, total alcalinity, inorganic carbon, total and dissolved nitrogen and phosphorus forms and orthosilicate; and biological variables studied were: phytoplankton and periphyton chlorophyl a, nitrogen and phosphorus contents and periphyton dry and organic masses. Data assembled were evatuated by using descriptive statistcs and multivariate analyses. Temporal variability prevailed over the spatial one in both systems, as a result of the more uniform limnological conditions among all regions studied. In the oligotrophic system, periphytic community was influenced by the nutrient’s resources and light, whereas in the hypertrophic ond, light availability (strongly affected by the planktonic cyanobacterial bloom) was the main regulating factor, responsible for the biomass increase. Chemical composition and periphyton N:P ratio acted as nutrient limiting factor only at the oligotrophic system, thus indicating tha the last community nutrient availability indication potential was more significant in the latter system. Community structure... (Complete abstract click electronic access below)

A l'heure actuelle le rôle des zones côtières dans le cycle global du carbone est encore relativement mal documenté. Ceci est lié à la forte hétérogénéité et au fort dynamisme de ces zones au sein desquelles de nombreux processus physiques et biologiques interagissent sur les stocks et les flux de carbone. Le carbone organique dissous (DOC) est un élément essentiel à la compréhension du cycle du carbone océanique, notamment dans les zones côtières où il peut représenter jusqu'à 90% du carbone organique total. Compte tenu des nombreuses incertitudes qui résident encore sur la dynamique de cette matière carbonée, l'objectif général de cette thèse visait à améliorer les connaissances sur la distribution du DOC au niveau de ces interfaces "continent/océan" en s'appuyant sur les propriétés optiques de la fraction colorée de ce DOC, la matière organique dissoute (CDOM). Pour cela, des échantillonnages ont été réalisés entre 2010 et 2015 dans trois sites côtiers fortement contrastés (Manche orientale, Guyane Française, Vietnam) et ont permis de : (i) caractériser la dynamique de la CDOM et du DOC et d'identifier une forte hétérogénéité de la relation entre ces deux paramètres au sein de ces sites côtiers aux caractéristiques contrastés, (ii) de proposer une relation novatrice applicable à la télédétection "couleur de l'eau" permettant de dériver les concentrations en DOC à partir des propriétés optiques de la CDOM potentiellement généralisable dans des sites côtiers dominés par les apports terrigènes. Dans un second temps, des études en milieu contrôle (45 jours) couplées à un suivi de terrain (2012-2014) ont été effectuées afin de caractériser spécifiquement la cinétique et l'impact d'une production biologique de matière organique dissoute sur les relations entre CDOM et DOC. Elles ont permis d'identifier un marquage optique (i.e. S320-412) de cette production autochtone de MOD lors de l'efflorescence printanière de Phaeocystis.globosa caractéristique des eaux côtières de la Manche et de proposer une approche pour estimer les contenus en DOC depuis les propriétés optiques du CDOM dans de telles situations de production marine de matière organique dissoute. / The coastal ocean represents an important component of the global carbon cycle however its participation to the overall carbon flux is currently not well constrained. Information on DOC stock and its variability in the coastel ocean is however still very scarce and its represents a strong limitation to our current understanding of the exact role of these ecosystems in the oceanic carbon cycle. In this context, the general aims of this study was to get more insights on dissolved organic carbon dynamics in the coastal ocean through the optical properties of dissolved organic matter (CDOM) that present the advantage to be easily measured from in situ or satellite observations. In practice, in situ data gathered during several sampling cruises conducted in three constrasted continental margins (Eastern Channel, French Guiana, Vietnam) have allowed : (i) the characterization of the strong regional discrepancies in the CDOM-DOC relationships between the three coastal sites investigated, (ii) the possible use of a generalized parameterization to retrieve DOC concentrations from CDOM optical properties (estimated in situ or from ocean color remote sensing)over a large range of coastal sites dominated by terrestrial imput of DOM. A further objective of this work was to investigate the impact on DOM dynamics of the phytoplankton bloom event of Phaeocystis.globosa known to affect the coastal waters of the eastern English Channel during the spring period. In practice, this DOM production was investigated during a 45 days mesocom experiment coupled to field survey data (2012-1014) leading to the identification of an optical marker of this marine CDOM production (i.e. S320-412). We further demonstrated that this optical parameter provides useful information to enhance our ability to retrieve DIC 1 from CDOM optical properties in a context of an algal bloom event.

No intuito de identificar as relações entre as variações espaciais e temporais da biomassa e produção primária fitoplanctônica frente às variáveis físicas e químicas da coluna de água, foram realizadas coletas mensais de parâmetros físicos, químicos (nutrientes inorgânicos), séston e biomassa fitoplanctônica em 4 estações oceanográficas localizadas na baía e 3 no canal de Santos no período entre novembro de 2004 a dezembro de 2005. O transporte de propriedades entre os canais estuarinos e a baía foi estimado através de medidas realizadas em estações fixas, nas entradas dos canais de Santos e São Vicente, durante um ciclo completo de maré (13h). Os principais fatores limitantes ao desenvolvimento da biomassa fitoplanctônica e da produtividade primária foram: a disponibilidade de luz, a estratificação da coluna de água e a temperatura. Os canais de Santos e São Vicente atuaram como importadores de sal, nutrientes e biomassa fitoplanctônica na maioria das ocasiões estudadas. Os elevados teores de nutrientes inorgânicos dissolvidos, associados à ausência de correlação entre nutrientes e biomassa, indicam que não há limitação nutricional, apesar das condições distróficas observadas. Os altos teores de Cl-a (média de 10,1 mg m-3) indicam que o ambiente continua apresentando características eutróficas, já reportadas em trabalhos realizados na área há mais de 30 anos. / The relationship between time-space variations of phytoplankton biomass and primary productivity and the variability in physical and chemical characteristics of the water column was investigated by monthly samplings of temperature, salinity, inorganic nutrients, seston and phytoplankton biomass in 4 oceanographic stations in Santos Bay and 3 stations in Santos Channel, during the period from November 2004 to December 2005. The transport of properties between estuarine channels and the bay was estimated by measurements conducted in fixed stations located at Santos and São Vicente Channels inlets throughout a complete tidal cycle (13h). The main limiting factors to phytoplankton biomass development were: light availability, water column stratification and temperature. Santos and São Vicente channels imported salt, nutrients and phytoplankton biomass in the majority of the studied cases. High levels of dissolved inorganic nutrients and biomass indicate no nutritional limitation, despite the dystrophic conditions observed. High chlorophyll-a concentrations (mean value 9.82 mg m-3) indicate the environment still displays the eutrophic characteristics already reported in former studies conducted in this area by more than 30 years ago.

Para estimar a distribuição das diferentes classes de tamanho do fitoplâncton através de imagens de sensoriamento remoto e as propriedades bio-ópticas esse trabalho foi realizado em duas regiões. Durante o inverno de 2007 foi feito o cruzeiro com 58 estações hidrográficas sobre Banco de Abrolhos e adjacências e em 2009 o cruzeiro hidrográfico a longo do Atlântico Sul entre as plataformas continentais do Brasil e da África, limitado pelas latitudes 20ºS e 30ºS. Os valores de clorofila_a total mostraram que a região do Banco de Abrolhos é oligotrófica, com baixa produtividade primária e sustenta pelas células do picoplâncton que são influenciadas diretamente pela disponibilidade de fosfato. A matéria orgânica dissolvida (cdom) foi o constituinte bio-óptico com os maiores valores. Sobre a plataforma Africana, a presença da Corrente de Bengala influenciou diretamente nas altas concentrações da clorofila_a e nos tamanhos das células do fitoplâncton. A biomassa dessa região de ressurgência é sustentada por células principalmente do nanoplâncton. As propriedades bio-ópticas da plataforma continental da África são diferentes tanto em valores como nas contribuições relativas das observadas na costa do Brasil. Sobre a plataforma Africana a absorção do fitoplâncton foi o constituinte que prevaleceu sobre os demais (adetritos e cdom). / The distribution of different classes of size phytoplankton are estimated using remote sensing and the bio-optical properties this work was carried out in two regions. During the winter of 2007 the cruisers was done with 58 hydrographic stations on Abrolhos Bank and adjacencies and in 2009 the hydrographic cruise of South Atlantic between the continental shelf of Brazil and Africa, limited by the latitudes 20ºS and 30ºS. The values of chlorophyll a showed that the region of the Bank is oligotrophic area, with low primary productivity and supports for cells of picoplankton that are influenced straightly by the availability phosphate. The organic dissolved matter (cdom) was the constituent bio-optical with the highest values. On the African continental shelf, the presence of Benguela Current influenced straightly the high concentrations of chlorophyll a and the sizes of phytoplankton cells. The upwelling biomass of this region is supported by nanoplankton. The bio-optical properties of continental shelf of Africa are different from Brazilian shelf, the values and in the relative contributions the phytoplankton absorption was prevailed over the others constitute (adetritos and cdom).

A biomassa e a produtividade primária fitoplanctônica da costa sudeste foram estimadas através de sensoriamento remoto da cor do oceano e dados in situ. Foram realizados quatro cruzeiros hidrográficos sazonais de mesoescala nas regiões de plataforma e talude continental durante os verões e invernos de 2001 e 2002. Com a descrição das características hidrográficas e distribuições de nutrientes inorgânicos dissolvidos, complementada pela análise de imagens orbitais (AVHRR e SeaWiFS), foi possível determinar os padrões de circulação da Corrente do Brasil, monitorar ressurgências costeiras e de quebra de plataforma, meandramentos e vórtices de mesoescala, assim como, a intrusão de águas frias, menos salinas e ricas em nutrientes vindas de sul sobre a plataforma continental, no inverno. A área de estudo foi dividida nos domínios de plataforma, talude-verão e talude-inverno, baseados em análises estatísticas da biomassa e produção primária fitoplanctônica integradas na zona eufótica. O domínio de plataforma não apresentou diferença sazonal devido ao processo de intrusão da ACAS sobre a plataforma. Este foi apontado como o principal processo de fertilização da zona eufótica nas águas de plataforma e talude tanto no verão como no inverno. Imagens da produtividade primária oceânica foram geradas pela primeira vez para a costa brasileira a partir de imagens da cor do oceano (SeaWiFS), utilizando-se um algoritmo semi-analítico não espectral, verticalmente homogêneo e dados fotossintéticos in situ obtidos simultaneamente. O avanço científico decorrente do presente trabalho é significativo, pois as estimativas de biomassa e produtividade primária fitoplanctônica através de imagens da cor do oceano e dados in situ coletados simultaneamente, ainda não haviam sido realizados na Zona Econômica Exclusiva brasileira. Comparações entre temperaturas da superfície do mar obtidas pelo AVHRR e medidas in situ (CTD) mostraram diferenças menores que 0,5ºC. O algoritmo OC4 apresentou o melhor desempenho entre os algoritmos testados (OC2, GSM01 e NN) para estimar a concentração de clorofila a, a partir de dados SeaWiFS, em relação às medidas fluorimétricas in situ, subestimando as concentrações mais baixas e superestimando as mais altas. Os algoritmos semi-analíticos de produção primária por satélite testados concordaram com as estimativas in situ (14C) por um fator de 2, nos melhores casos. As análises de regressão múltipla mostraram uma relação linear entre a produção primária e a biomassa fitoplanctônica integradas na coluna d’água. Uma abordagem alternativa baseada em uma rede neural artificial multicamada perceptron (12-5-1) foi testada como um modelo não linear para estimar a produção primária integrada na coluna d’água. A produção primária média para o período 2001-2002 foi estimada a partir de dados SeaWiFS em 386 gC m-2 a-1 e a produção primária potencial para a plataforma continental sudeste brasileira (PCSE) foi estimada em 0,06 Gt C a-1. O limite superior da produção pesqueira foi estimado considerando-se uma cadeia trófica com 2,8 níveis e uma eficiência trófica média de 10%. O resultado obtido foi cerca de 90 vezes maior que a captura média entre 1991 e 2000. Porém, se a produção pesqueira estimada for um limite superior que será reduzido a 10% ou 20% devido à acessibilidade ambiental, os recursos pesqueiros estariam limitados por alimento na PCSE. / The phytoplankton biomass and primary production of the Southeastern Brazilian coast are estimated using ocean color remote sensing and in situ data. This study is based on four seasonal hydrographic cruises carried out during the summer and winter of 2001 and 2002, along the continental shelf and slope waters. The hydrographic and dissolved inorganic nutrients in situ measurements were complemented by the sea surface temperature from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sensor and chlorophyll a estimates from the Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) sensor to identify relevant features of the Brazil Current (BC) circulation related to the biological dynamics of this oceanic region. Several meanders and vortices were observed throughout the period along the inshore frontal zone of the BC in association with break shelf upwelling. Coastal upwelling events were observed to encompass a region larger than normally indicated in the literature and anomalous upwelling events were observed during the winter. Cold, less saline, and nutrient rich waters were observed flowing northward over the shelf during the winter. Based on statistical analysis of water column integrated chlorophyll and primary production the study area was divided into 3 domains: shelf, summer-slope, and winter-slope. The shelf domain did not present a significant seasonal difference due to the intrusion of South Atlantic Central Water over the shelf. This intrusion is the main process for the euphotic zone productivity enhancement in the shelf and slope waters during the summer and winter. A non-spectral and vertically homogeneous semi-analytical algorithm was applied to the SeaWiFS ocean color data, which incorporate simultaneously measured in situ photosynthetic parameters. This is the first time that the phytoplankton primary production and biomass estimation over the Brazilian Economic Exclusive Zone were done through remote sensed ocean colour and simultaneously acquired in situ data. Comparisons between in situ measurements and AVHRR based estimates of sea surface temperature have shown differences lower than 0.5ºC. The OC4 algorithm performed better then other chlorophyll retrieval algorithms (OC2, GSM01 and NN) when compared with in situ fluorometric data. However, it overestimates chlorophyll a at higher concentrations and underestimates at lower concentration. The best performing ocean color remote sensing primary productivity algorithms tested agreed with the 14C-based estimates within a factor of 2. A multiple regression analysis showed linear relation between the water column integrated primary production and the integrated chlorophyll. An alternative approach based on a backpropagation multilayer perceptron artificial neural network (12-5-1) was tested to estimate the water column integrated primary production for non-linear phytoplankton production modeling. The mean primary production for the 2 year period in the South Brazilian Bight (SBB) estimated from SeaWiFS is 386 gC m-2 yr-1, and the potential primary production is 0.06 Gt C yr-1. The upper bound for sustainable fish yield was estimated using a food chain of 2.8 links and an average trophic efficiency of 10%. The result was ~90 times larger than the observed fish catch from 1991 through 2000. If this fish yield is an upper bound that will be decreased to 10% or 20% by environmental accessibility, the fishery resources in the SBB are likely to be food-limited.

A eutrofização artificial é um dos maiores desafios da sociedade moderna em relação à manutenção dos usos múltiplos da água, portanto, é preciso estudar os mecanismos que influenciam a variação das características bióticas e abióticas dos reservatórios em resposta às interferências antrópicas, sobretudo ao incremento excessivo de nutrientes, nitrogênio e fósforo. Estes nutrientes afetam a produção da biomassa aquática e favorecem florações de cianobactérias. Diante dessa problemática, a presente pesquisa quantificou as taxas de fixação biológica de nitrogênio pelo fitoplâncton, considerando que algumas cianobactérias se beneficiam dessa habilidade competitiva para dominarem muitos ecossistemas aquáticos. Para isso, foram estudados três reservatórios subtropicais com diferentes graus de trofia no estado de São Paulo, totalizando oito amostragens entre 2013 e 2015. Além de variáveis abióticas e bióticas da água, foram utilizados dois métodos, um indireto e outro direto, para estimar as taxas de fixação: redução do acetileno e traçador isótopo 15N2. Os reservatórios de Itupararanga, Barra Bonita e Lobo foram classificados como eutrófico, hipereutrófico e supereutrófico, respectivamente. As maiores concentrações de nutrientes (nitrogênio total Kjeldahl: 5.930 µg /L e fósforo total: 466 µg /L ) foram observadas no reservatório de Barra Bonita, no qual não foi detectada fixação significativa pela predominância de Microcystis aeruginosa, não fixadora de N2, que atingiu biovolume máximo de 110 mm3/L. Em Itupararanga, nas coletas de outubro de 2013 e fevereiro de 2014, Cylindrospermopsis raciborskii e Anabaena sp. foram responsáveis pelas taxas de fixação, sendo que essa última apresentou maior frequência de heterócitos (75%). No Lobo, Aphanizomenon sp. (durante o inverno), C. raciborskii (durante o verão) e Lyngbya sp. (fixadora noturna de N2) realizaram a fixação em todas as amostragens, com exceção de fevereiro de 2014. Nos reservatórios de Itupararanga e no Lobo, mesmo em condições de excesso de nutrientes e elevadas relações N:P (máximo de 564:1), as taxas de fixação atingiram 0,22 e 0,95 µg/L.h, que são consideradas elevadas quando comparadas a outros estudos em ambientes temperados. A comparação entre as metodologias sugeriu que o método direto, com o traçador 15N2, foi mais sensível que o indireto, da redução do acetileno. Entre as variáveis analisadas, a que mais influenciou a fixação foi a estrutura da comunidade fitoplanctônica (e.g., características qualitativas, capacidade de fixação e presença de heterócito). As variáveis climatológicas (precipitação e temperatura) e hidrológica (tempo de detenção hidráulico), juntamente com a disponibilidade de nutrientes e a possível competição entre espécies e grupos fitoplanctônicos, regularam a comunidade fitoplanctônica. A análise do processo de fixação no período diurno ou noturno permitiu inferir diferentes estratégias adaptativas das cianobactérias presentes nos ambientes estudados. Para os três reservatórios analisados, concluiu-se que a qualidade da água está comprometida devido à floração de cianobactérias potencialmente tóxicas e isso evidencia a necessidade de medidas de controle de estado trófico para garantir os usos múltiplos da água e a saúde pública. O processo de fixação pode representar uma parcela significativa de nitrogênio nos sistemas aquáticos e não foi inibido pelo excesso de nutrientes. / Artificial eutrophication is one of the greatest challenges of modern society in relation to the maintenance of the multiple uses of water, therefore it is necessary to study the mechanisms that influence the variation of biotic and abiotic characteristics of the reservoirs in response to anthropogenic interference, especially the increase of nutrients, nitrogen and phosphorus. Such nutrients affect the production of aquatic biomass and favor cyanobacteria. This research quantified the biological nitrogen fixation rates by the phytoplankton, considering that some cyanobacteria benefit from this competitive ability to dominate many Brazilian aquatic ecosystems. We studied three subtropical reservoirs with different trophic levels in the São Paulo State, Brazil, performing eight sampling campaigns between 2013 and 2015. In addition to the abiotic and biotic variables of water, two methods were used to estimate the fixation rates: acetylene reduction and tracer isotope 15N2. The reservoirs Itupararanga, Barra Bonita and Lobo were classified as eutrophic, hypertrophic and supereutrophic, respectively. The highest concentrations of nutrients (Total Kjeldahl Nitrogen: 5.930 µg/L and total phosphorus = 466 µg/L) were observed in the Barra Bonita Reservoir, where no fixation was detected due to the predominance of Microcystis aeruginosa, non-fixing cyanobacteria, with a maximum biovolume of 110 mm3/L. In Itupararanga, in October 2013 and January 2014, Cylindrospermopsis raciborskii and Anabaena sp. were responsible for nitrogen fixation, the latter with greater frequency of heterocysts (75%). In Lobo, Aphanizomenon sp. (during the winter), C. raciborskii (during the summer) and Lyngbya sp. (night fixing N2) fixation was detected in all samplings, except for February 2014. In the Itupararanga and Lobo Reservoirs, even with excess of nutrients and at high N:P ratios (maximum of 564:1), the fixation rates reached 0.22 and 0.95 µg/L.h, which were high when compared to temperate environments. The comparison between the methodos indicated that the direct method, through the tracer 15N2, was more sensitive than the indirect method of the acetylene reduction. Considering the analyzed variables, phytoplankton community structure significantly influenced the nitrogen fixation (e.g., qualitative aspects, N2 fixation capacity and presence of heterocysts). The climatological (precipitation and temperature) and hydrological (hydraulic retention time) variables, associated with the availability of nutrients and competition among species and phytoplankton groups, regulated the phytoplankton community in the reservoirs. The analysis of the nitrogen fixation during day or night periods allowed inferring different adaptive strategies of cyanobacteria. For the three reservoirs analyzed, it is concluded that the water quality is impaired due to the bloom of potentially toxic cyanobacteria and this highlights the need for trophic state control measures to ensure the multiple uses of water and public health. The fixation process can represent a significant part of nitrogen in aquatic systems and was not inhibited by excess nutrients.

Made available in DSpace on 2016-08-19T18:20:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO EDUARDO PINHEIRO PRESOTI.pdf: 1947831 bytes, checksum: 6538615db2ab34130ef5fa2391d35a7f (MD5) Previous issue date: 2008-11-11 / EVALUATION OF ENVIRONMENTAL IMPACTS OF SOJICULTURA IN AN AQUATIC ECOSYSTEM OF MICRO-REGION OF CHAPADINHA, MA. The studies were accomplished in in the micronbasin of the Rio Preto, affluent for the right side of the basin of the Rio Munim. The Rio Preto is born to the south of the city of Buriti, coordinated: 3°56' 41.96" South and 43° 2' 31.40" West. After to cover about 230 km, empties in the Rio Munim, in the locality of Nina Rodrigues. The Rio Preto bathes the following cities: Buriti, Brejo, Milagres do Maranhão, Anapurus, Mata Roma, Urbano Santos, Chapadinha, São Benedito do Rio Preto and Nina Rodrigues. It is a predominantly agricultural region, where the agricultural activities come if intensifying in recent years. The cities of Buriti, Anapurus, Mata Roma and Brejo, come developing an intensive agriculture, with prominence for the soya cultivation. With intention to know the levels of contamination of pesticides in the high course of the Rio Preto, proceeding from the soybean cultivation and implications of these contaminations of pesticides in the phytoplankton community four campaigns of sampling in three points had been carried through show: Rio Preto - RP2 - latitude 3°51' 47,70" S and longitude 43° 02' 46,14" , Rio Preto - RP3 - latitude 3°43' 19,98" S and longitude 43°00' 40,32" and the Rio Preto - RP4 - latitude 3°31' 34,98" S and longitude 43°02' 53,46" . These campaigns of sampling are carried through at the beginning of december of 2007, final of january, end of march and beginning of june of 2008, considering the two first campaigns carried through in the period of dry season and the two subsequent ones in the rainy period. The dates of the campaigns had also aimed at to follow the cycle of plantation of the soya crop, that starts in the half of january and ends in the half of June, with a tolerance of days for the beginning and end of the cycle. They had been registered in situ given on the temperature of air and water, concomitantly collected water samples the 20 cm of the surface for analysis of variable (pH, dissolved oxygen - OD, electric conductivity, solids total, turbidez, nitrogen under the form nitrate, phosforus under the form fosfate); biological (phytoplankton density and the diversity and eqüitability, wealth indices; it analyzes of pesticides (alaclor, aldrin, 2,4-D, 2,4,5-T, carbofuran, clorpirifós, clorpirifós-oxon, carbendazim, cipermetrina, monocrotofós, metamidofós, paraquate, thiram and carbofuran). In the four campaigns of sampling, in the three sampling points, therefore, of the twelve taking of samples, they had been detected presence of pesticides in eleven of the taking. In terms of number of pesticides, of the thirteen investigated, they had been detected eight presence. Also detected the presence of organoclorate product - aldrin, forbidden the use, in Brazil, for Portaria Anvisa nº 329/85. The studies had shown a correlation enter the level of contamination of pesticides and the impact caused for the increase of the phytoplankton frame number in amostral point RP2. Amongst the species of phytoplankton, Oocystis lacustris it was the species that presented a bigger number of individuals in relation to the other species. The presence of the pesticides and the alterations in populations of phytoplankton species had come to prove, thus, the ambient impacts proceeding from the farm soy activities in the region. / AVALIAÇÃO DE IMPACTOS AMBIENTAIS DA SOJICULTURA EM UM ECOSSISTEMA AQUÁTICO DA MICRORREGIÃO DE CHAPADINHA, MA. Os estudos foram realizados na microbacia do Rio Preto, afluente pelo lado direito da bacia do Rio Munim. O rio Preto nasce ao sul do município de Buriti, coordenadas: 3°56'41.96" Sul e 43° 2'31.40" Oeste. Após percorrer cerca de 230 km, deságua no Rio Munim, na localidade de Nina Rodrigues, banhando os seguintes municípios: Buriti, Brejo, Milagres do Maranhão, Anapurus, Mata Roma, Urbano Santos, Chapadinha, São Benedito do Rio Preto e Nina Rodrigues. É uma região predominantemente rural, onde as atividades agrícolas vêm se intensificando nos últimos anos. Os municípios de Buriti, Anapurus, Mata Roma e Brejo vêm desenvolvendo uma agricultura intensiva, com destaque para a sojicultura. Com intuito de conhecer os níveis de contaminação por agrotóxicos no alto curso do Rio Preto, provenientes da sojicultura e de implicações destas contaminações de agrotóxicos na comunidade fitoplanctônica, foram realizadas quatro campanhas de amostragem em três pontos amostrais: Rio Preto - RP2 - latitude 3°51'47,70"S e longitude 43° 02'46,14"O, Rio Preto RP3 - latitude 3°43'19,98"S e longitude 43°00'40,32"O e Rio Preto RP4 - latitude 3°31'34,98"S e longitude 43°02'53,46"O. Estas campanhas foram realizadas no inicio de dezembro de 2007, final de janeiro, final de março e inicio de junho de 2008, considerando as duas primeiras campanhas realizadas no período de estiagem e as duas subseqüentes no período chuvoso. As datas das campanhas também visaram acompanhar o ciclo de plantio da soja, que começa na metade de janeiro e finda na metade de junho, com uma tolerância de dias para o inicio e fim do ciclo de plantio. Foram registrados, in situ, dados sobre a temperatura do ar e da água e, concomitantemente, coletadas amostras de água a 20 cm da superfície para análise das variáveis hidrológicas (pH, oxigênio dissolvido OD, condutividade, sólidos dissolvidos totais, turbidez, nitrogênio sob a forma nitrato e fósforo sob a forma fosfato); biológicas (densidade fitoplanctônica e os índices de riqueza, de eqüitabilidade e de diversidade) e análise de agrotóxicos (alaclor, aldrin, 2,4-D, 2,4,5-T, clorpirifós, clorpirifós-oxon, carbendazim, cipermetrina, monocrotofós, metamidofós, paraquate, thiram e carbofuran). Nas quatro campanhas de amostragem, nos três pontos amostrais (portanto, das doze tomadas de amostras), foi detectada a presença de agrotóxicos em onze das tomadas. Em termos numéricos, dos treze compostos investigados, oito foram detectados. Foi, inclusive, verificada a presença do produto organoclorado aldrin, cujo uso é proibido no Brasil desde a década de 80. Os estudos mostraram uma correlação entre o nível de contaminação de agrotóxicos e o impacto causado pelo aumento do número de células fitoplanctônicas no ponto amostral RP2. Dentre as espécies de fitoplâncton, Oocystis lacustris foi a espécie que apresentou um maior número de indivíduos em relação às outras espécies. A presença dos agrotóxicos e as alterações em populações de espécies fitoplanctônicas vieram comprovar, assim, os impactos ambientais provenientes das atividades sojicultoras na região.

A eutrofização artificial é um dos maiores desafios da sociedade moderna em relação à manutenção dos usos múltiplos da água, portanto, é preciso estudar os mecanismos que influenciam a variação das características bióticas e abióticas dos reservatórios em resposta às interferências antrópicas, sobretudo ao incremento excessivo de nutrientes, nitrogênio e fósforo. Estes nutrientes afetam a produção da biomassa aquática e favorecem florações de cianobactérias. Diante dessa problemática, a presente pesquisa quantificou as taxas de fixação biológica de nitrogênio pelo fitoplâncton, considerando que algumas cianobactérias se beneficiam dessa habilidade competitiva para dominarem muitos ecossistemas aquáticos. Para isso, foram estudados três reservatórios subtropicais com diferentes graus de trofia no estado de São Paulo, totalizando oito amostragens entre 2013 e 2015. Além de variáveis abióticas e bióticas da água, foram utilizados dois métodos, um indireto e outro direto, para estimar as taxas de fixação: redução do acetileno e traçador isótopo 15N2. Os reservatórios de Itupararanga, Barra Bonita e Lobo foram classificados como eutrófico, hipereutrófico e supereutrófico, respectivamente. As maiores concentrações de nutrientes (nitrogênio total Kjeldahl: 5.930 µg /L e fósforo total: 466 µg /L ) foram observadas no reservatório de Barra Bonita, no qual não foi detectada fixação significativa pela predominância de Microcystis aeruginosa, não fixadora de N2, que atingiu biovolume máximo de 110 mm3/L. Em Itupararanga, nas coletas de outubro de 2013 e fevereiro de 2014, Cylindrospermopsis raciborskii e Anabaena sp. foram responsáveis pelas taxas de fixação, sendo que essa última apresentou maior frequência de heterócitos (75%). No Lobo, Aphanizomenon sp. (durante o inverno), C. raciborskii (durante o verão) e Lyngbya sp. (fixadora noturna de N2) realizaram a fixação em todas as amostragens, com exceção de fevereiro de 2014. Nos reservatórios de Itupararanga e no Lobo, mesmo em condições de excesso de nutrientes e elevadas relações N:P (máximo de 564:1), as taxas de fixação atingiram 0,22 e 0,95 µg/L.h, que são consideradas elevadas quando comparadas a outros estudos em ambientes temperados. A comparação entre as metodologias sugeriu que o método direto, com o traçador 15N2, foi mais sensível que o indireto, da redução do acetileno. Entre as variáveis analisadas, a que mais influenciou a fixação foi a estrutura da comunidade fitoplanctônica (e.g., características qualitativas, capacidade de fixação e presença de heterócito). As variáveis climatológicas (precipitação e temperatura) e hidrológica (tempo de detenção hidráulico), juntamente com a disponibilidade de nutrientes e a possível competição entre espécies e grupos fitoplanctônicos, regularam a comunidade fitoplanctônica. A análise do processo de fixação no período diurno ou noturno permitiu inferir diferentes estratégias adaptativas das cianobactérias presentes nos ambientes estudados. Para os três reservatórios analisados, concluiu-se que a qualidade da água está comprometida devido à floração de cianobactérias potencialmente tóxicas e isso evidencia a necessidade de medidas de controle de estado trófico para garantir os usos múltiplos da água e a saúde pública. O processo de fixação pode representar uma parcela significativa de nitrogênio nos sistemas aquáticos e não foi inibido pelo excesso de nutrientes. / Artificial eutrophication is one of the greatest challenges of modern society in relation to the maintenance of the multiple uses of water, therefore it is necessary to study the mechanisms that influence the variation of biotic and abiotic characteristics of the reservoirs in response to anthropogenic interference, especially the increase of nutrients, nitrogen and phosphorus. Such nutrients affect the production of aquatic biomass and favor cyanobacteria. This research quantified the biological nitrogen fixation rates by the phytoplankton, considering that some cyanobacteria benefit from this competitive ability to dominate many Brazilian aquatic ecosystems. We studied three subtropical reservoirs with different trophic levels in the São Paulo State, Brazil, performing eight sampling campaigns between 2013 and 2015. In addition to the abiotic and biotic variables of water, two methods were used to estimate the fixation rates: acetylene reduction and tracer isotope 15N2. The reservoirs Itupararanga, Barra Bonita and Lobo were classified as eutrophic, hypertrophic and supereutrophic, respectively. The highest concentrations of nutrients (Total Kjeldahl Nitrogen: 5.930 µg/L and total phosphorus = 466 µg/L) were observed in the Barra Bonita Reservoir, where no fixation was detected due to the predominance of Microcystis aeruginosa, non-fixing cyanobacteria, with a maximum biovolume of 110 mm3/L. In Itupararanga, in October 2013 and January 2014, Cylindrospermopsis raciborskii and Anabaena sp. were responsible for nitrogen fixation, the latter with greater frequency of heterocysts (75%). In Lobo, Aphanizomenon sp. (during the winter), C. raciborskii (during the summer) and Lyngbya sp. (night fixing N2) fixation was detected in all samplings, except for February 2014. In the Itupararanga and Lobo Reservoirs, even with excess of nutrients and at high N:P ratios (maximum of 564:1), the fixation rates reached 0.22 and 0.95 µg/L.h, which were high when compared to temperate environments. The comparison between the methodos indicated that the direct method, through the tracer 15N2, was more sensitive than the indirect method of the acetylene reduction. Considering the analyzed variables, phytoplankton community structure significantly influenced the nitrogen fixation (e.g., qualitative aspects, N2 fixation capacity and presence of heterocysts). The climatological (precipitation and temperature) and hydrological (hydraulic retention time) variables, associated with the availability of nutrients and competition among species and phytoplankton groups, regulated the phytoplankton community in the reservoirs. The analysis of the nitrogen fixation during day or night periods allowed inferring different adaptive strategies of cyanobacteria. For the three reservoirs analyzed, it is concluded that the water quality is impaired due to the bloom of potentially toxic cyanobacteria and this highlights the need for trophic state control measures to ensure the multiple uses of water and public health. The fixation process can represent a significant part of nitrogen in aquatic systems and was not inhibited by excess nutrients.

A biomassa e a produtividade primária fitoplanctônica da costa sudeste foram estimadas através de sensoriamento remoto da cor do oceano e dados in situ. Foram realizados quatro cruzeiros hidrográficos sazonais de mesoescala nas regiões de plataforma e talude continental durante os verões e invernos de 2001 e 2002. Com a descrição das características hidrográficas e distribuições de nutrientes inorgânicos dissolvidos, complementada pela análise de imagens orbitais (AVHRR e SeaWiFS), foi possível determinar os padrões de circulação da Corrente do Brasil, monitorar ressurgências costeiras e de quebra de plataforma, meandramentos e vórtices de mesoescala, assim como, a intrusão de águas frias, menos salinas e ricas em nutrientes vindas de sul sobre a plataforma continental, no inverno. A área de estudo foi dividida nos domínios de plataforma, talude-verão e talude-inverno, baseados em análises estatísticas da biomassa e produção primária fitoplanctônica integradas na zona eufótica. O domínio de plataforma não apresentou diferença sazonal devido ao processo de intrusão da ACAS sobre a plataforma. Este foi apontado como o principal processo de fertilização da zona eufótica nas águas de plataforma e talude tanto no verão como no inverno. Imagens da produtividade primária oceânica foram geradas pela primeira vez para a costa brasileira a partir de imagens da cor do oceano (SeaWiFS), utilizando-se um algoritmo semi-analítico não espectral, verticalmente homogêneo e dados fotossintéticos in situ obtidos simultaneamente. O avanço científico decorrente do presente trabalho é significativo, pois as estimativas de biomassa e produtividade primária fitoplanctônica através de imagens da cor do oceano e dados in situ coletados simultaneamente, ainda não haviam sido realizados na Zona Econômica Exclusiva brasileira. Comparações entre temperaturas da superfície do mar obtidas pelo AVHRR e medidas in situ (CTD) mostraram diferenças menores que 0,5ºC. O algoritmo OC4 apresentou o melhor desempenho entre os algoritmos testados (OC2, GSM01 e NN) para estimar a concentração de clorofila a, a partir de dados SeaWiFS, em relação às medidas fluorimétricas in situ, subestimando as concentrações mais baixas e superestimando as mais altas. Os algoritmos semi-analíticos de produção primária por satélite testados concordaram com as estimativas in situ (14C) por um fator de 2, nos melhores casos. As análises de regressão múltipla mostraram uma relação linear entre a produção primária e a biomassa fitoplanctônica integradas na coluna d’água. Uma abordagem alternativa baseada em uma rede neural artificial multicamada perceptron (12-5-1) foi testada como um modelo não linear para estimar a produção primária integrada na coluna d’água. A produção primária média para o período 2001-2002 foi estimada a partir de dados SeaWiFS em 386 gC m-2 a-1 e a produção primária potencial para a plataforma continental sudeste brasileira (PCSE) foi estimada em 0,06 Gt C a-1. O limite superior da produção pesqueira foi estimado considerando-se uma cadeia trófica com 2,8 níveis e uma eficiência trófica média de 10%. O resultado obtido foi cerca de 90 vezes maior que a captura média entre 1991 e 2000. Porém, se a produção pesqueira estimada for um limite superior que será reduzido a 10% ou 20% devido à acessibilidade ambiental, os recursos pesqueiros estariam limitados por alimento na PCSE. / The phytoplankton biomass and primary production of the Southeastern Brazilian coast are estimated using ocean color remote sensing and in situ data. This study is based on four seasonal hydrographic cruises carried out during the summer and winter of 2001 and 2002, along the continental shelf and slope waters. The hydrographic and dissolved inorganic nutrients in situ measurements were complemented by the sea surface temperature from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sensor and chlorophyll a estimates from the Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) sensor to identify relevant features of the Brazil Current (BC) circulation related to the biological dynamics of this oceanic region. Several meanders and vortices were observed throughout the period along the inshore frontal zone of the BC in association with break shelf upwelling. Coastal upwelling events were observed to encompass a region larger than normally indicated in the literature and anomalous upwelling events were observed during the winter. Cold, less saline, and nutrient rich waters were observed flowing northward over the shelf during the winter. Based on statistical analysis of water column integrated chlorophyll and primary production the study area was divided into 3 domains: shelf, summer-slope, and winter-slope. The shelf domain did not present a significant seasonal difference due to the intrusion of South Atlantic Central Water over the shelf. This intrusion is the main process for the euphotic zone productivity enhancement in the shelf and slope waters during the summer and winter. A non-spectral and vertically homogeneous semi-analytical algorithm was applied to the SeaWiFS ocean color data, which incorporate simultaneously measured in situ photosynthetic parameters. This is the first time that the phytoplankton primary production and biomass estimation over the Brazilian Economic Exclusive Zone were done through remote sensed ocean colour and simultaneously acquired in situ data. Comparisons between in situ measurements and AVHRR based estimates of sea surface temperature have shown differences lower than 0.5ºC. The OC4 algorithm performed better then other chlorophyll retrieval algorithms (OC2, GSM01 and NN) when compared with in situ fluorometric data. However, it overestimates chlorophyll a at higher concentrations and underestimates at lower concentration. The best performing ocean color remote sensing primary productivity algorithms tested agreed with the 14C-based estimates within a factor of 2. A multiple regression analysis showed linear relation between the water column integrated primary production and the integrated chlorophyll. An alternative approach based on a backpropagation multilayer perceptron artificial neural network (12-5-1) was tested to estimate the water column integrated primary production for non-linear phytoplankton production modeling. The mean primary production for the 2 year period in the South Brazilian Bight (SBB) estimated from SeaWiFS is 386 gC m-2 yr-1, and the potential primary production is 0.06 Gt C yr-1. The upper bound for sustainable fish yield was estimated using a food chain of 2.8 links and an average trophic efficiency of 10%. The result was ~90 times larger than the observed fish catch from 1991 through 2000. If this fish yield is an upper bound that will be decreased to 10% or 20% by environmental accessibility, the fishery resources in the SBB are likely to be food-limited.

Orientador: Carlos Eduardo de Mattos Bicudo / Banca: Luis Henrique Zanini Branco / Banca: Barbara Medeiros Fonseca / Banca: Sulei Train / Banca: Liliana Rodrigues / Resumo: O presente trabalho objetivou avaliar a estrutura das comunidades perifítica e fitoplanctônica (com ênfase nas diatomáceas), e verificar a influência da escala temporal e espacial sobre a variabilidade dessas comunidades, identificando o principal fator controlador dessa variabilidade. O trabalho foi desenvolvido em dois reservatórios com diferentes estados tróficos no Parque Estadual das Fontes do Ipiranga, Município de São Paulo. Amostragens mensais do perifíton desenvolvido em lâmina de vidro e do fitoplâncton da coluna d'água foram feitas durante 12 meses consecutivos (setembro/2006-agosto/2007) nas regiões pelágica e litorânea do Lago do IAG (oligotrófico) e na região pelágica e em duas entradas no Lago das Garças (hipertrófico). Foram analisadas: transparência da água, temperatura, pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, alcalinidade total, formas de carbono inorgânico, formas totais e dissolvidas de nitrogênio e fósforo e ortossilicato (variáveis abióticas); e clorofila-a fitoplanctônica e perifítica, conteúdos de nitrogênio e fósforo, massas seca e orgânica do perifíton (variáveis bióticas). Os dados foram avaliados mediante estatística descritiva e análises exploratórias multivariadas. A variabilidade temporal foi preponderante sobre a espacial em cada sistema, sendo a última resultante das condições limnológicas mais uniformes entre as regiões. No sistema oligotrófico, a comunidade perifítica foi influenciada por ambos os recursos nutrientes e luz enquanto no sistema hipertrófico, a disponibilidade de luz, fortemente influenciada pela floração de cianobactérias planctônicas, foi o principal fator regulador do acréscimo de biomassa. A composição química e as razões N:P do perifíton representaram a limitação nutricional apenas no sistema oligotrófico, indicando que o potencial desta comunidade como indicadora... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Present thesis aimed at evaluating periphytic and phytoplanktonic community structure (with emphasis on the diatoms) to verify the temporal and spatial scales influence on these communities variability and to identify their main controlling factor. Research was carried out at two reservoirs with distinct trophic states located in the "Parque Estadual das Fontes do Ipiranga", Municipality of "São Paulo". Monthly samplings of periphyton growing on glass microscope slides and of phytoplankton from the water column were performed during 12 consecutive months (September/2006-August/2007) at the pelagic and littoral regions of IAG Pond (oligotrophic) and the pelagic and 2 inflows of Garças Pond (hypertrophic). Abiotic characteristics studied were: water transparency, turbity, temperature, pH, eletric conductivity, dissolved oxygen, total alcalinity, inorganic carbon, total and dissolved nitrogen and phosphorus forms and orthosilicate; and biological variables studied were: phytoplankton and periphyton chlorophyl a, nitrogen and phosphorus contents and periphyton dry and organic masses. Data assembled were evatuated by using descriptive statistcs and multivariate analyses. Temporal variability prevailed over the spatial one in both systems, as a result of the more uniform limnological conditions among all regions studied. In the oligotrophic system, periphytic community was influenced by the nutrient's resources and light, whereas in the hypertrophic ond, light availability (strongly affected by the planktonic cyanobacterial bloom) was the main regulating factor, responsible for the biomass increase. Chemical composition and periphyton N:P ratio acted as nutrient limiting factor only at the oligotrophic system, thus indicating tha the last community nutrient availability indication potential was more significant in the latter system. Community structure... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor