O aumento do consumo de agrotóxicos, em geral nos países em desenvolvimento cuja base econômica é a agricultura, como no Brasil (primeiro no ranking mundial), tem sido relacionado à expansão da degradação dos ecossistemas e à perda da biodiversidade, principalmente das espécies não alvo, incluindo ainda os riscos inerentes à saúde humana. Além disso, a ausência de políticas e programas mais efetivos relacionados à regulação e uso de agrotóxicos no Brasil, bem como o estabelecimento de normas restritivas baseadas em resultados gerados em países de clima temperado, tornam-se cada vez mais preocupantes, pois podem subestimar os reais riscos da contaminação ambiental por agrotóxicos em ecossistemas tropicais. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos diretos e indiretos do agrotóxico pyrimethanil, um fungicida utilizado em diversas culturas de climas temperado e tropical, sobre a comunidade aquática tropical, considerando experimentos laboratoriais e o uso de modelos ecossistêmicos para avaliação destes efeitos. Para atender aos objetivos propostos foram realizados testes de toxicidade com as espécies Pseudokirchneriella subcapitata (alga), Ceriodaphnia silvestrii e Daphnia similis (zooplâncton) e Danio rerio (peixes), além de um experimento em mesocosmos, monitorado em longo prazo (durante 15 dias antes e 366 dias após a contaminação), avaliando as variações físicas e químicas, bem como as respostas das comunidades zooplanctônicas e fitoplanctônicas frente à contaminação por pyrimethanil, em uma concentração média de 1,36 mg.L-1. Nos testes de toxicidade, as CEs obtidas foram de 0,67 mg.L-1 (crônica) e 3,26 mg.L-1 (aguda) para C. silvestrii; de 3,65 mg.L-1 (agudo) para D. similis; de 9,65 mg.L-1 para P. subcapitata e para D. rerio os valores obtidos para imobilidade foram de 10,45 mg.L-1 (96h) e 13,77 mg.L-1(48h) e para a mortalidade foram de 27,45 mg.L-1 (96h) e 32,17 mg.L-1 (48h). Pelos resultados dos experimentos em mesocosmos verificaram-se efeitos negativos diretos sobre o zooplâncton (redução da densidade e alteração na composição de espécies) e indiretos sobre o fitoplâncton, decorrentes da diminuição da pressão de pastagem, além do desaparecimento de algumas espécies mais sensíveis. Os efeitos tóxicos observados foram além do período em que foi observada a degradação completa do pyrimethanil, demonstrando o alto impacto do agrotóxico em ecossistemas aquáticos e a complexidade da dinâmica desse tipo de contaminação em ecossistemas naturais. O design experimental revelou-se adequado, gerando informações importantes sobre os impactos dos agrotóxicos nos ecossistemas aquáticos. A partir dos resultados obtidos sugere-se que a utilização de espécies nativas de regiões tropicais seja ampliada nos testes de toxicidade laboratoriais, sendo fundamental que os mesmos sejam complementados com os experimentos em modelos ecossistêmicos, o que permite uma avaliação dos efeitos diretos e indiretos dos contaminantes em nível de população e comunidade, bem como uma melhor compreensão destes efeitos nas funções e serviços ecossistêmicos. / The increase in the consumption of pesticides, mainly in developing countries whose economic base is agriculture, as Brazil (first in the world ranking), has been associated to the expansion of ecosystem degradation and biodiversity losses, especially of non-target species, also including the risks to human health. In addition, the absence of policies and effective programs related to the regulation and use of pesticides in Brazil, and the establishment of restrictive standards based on results generated in temperate countries, make it becomes increasingly worrisome because it may underestimate the real risks of environmental contamination by pesticides in tropical ecosystems. In this context, the present study aim to evaluate the direct and indirect effects of the pesticide pyrimethanil, a fungicide used in many temperate and tropical crops, upon a tropical aquatic community, considering laboratory experiments and the use of ecosystem models to evaluate these effects. To achieve the proposed objectives toxicity tests were performed with the species Pseudokirchneriella subcapitata (algae), Ceriodaphnia silvestrii and Daphnia similis (zooplankton) and Danio rerio (fish), as well as an experiment in mesocosms, monitored for a long-term (15 days before and 366 days after infection), evaluating the physical and chemical variations, and also the responses of phytoplankton and zooplankton communities across the pyrimethanil contamination in an average concentration of 1.36 mg.L-1. In toxicity tests, the ECs obtained were 0.67 mg.L-1 (chronic) and 3.26 mg L-1 (acute) for C. silvestrii; 3,65 mg.L-1 (acute) for D. similis; 9.65 mg.L-1 for P. subcapitata; and the values obtained for D. rerio immobility were 10.45 mg.L-1 (96h) and 13.77 mg.L-1 (48h) and mortality were 27.45 mg.L-1 (96h) and 32.17 mg.L-1 (48h). The results of the experiments in mesocosms showed direct negative effects on zooplankton (reduced density and change in species composition) and indirect effects on phytoplankton, resulted from the decrease in grazing pressure in addition to the exclusion of some sensitive species. Even after the complete degradation of pyrimethanil, toxic effects were observed, demonstrating the high impact of this pesticide on aquatic ecosystems and the complexity of the dynamics of this type of contamination in natural ecosystems. The design of the experiment revealed to be appropriate for the study, generating important information about the impacts of pesticides on aquatic ecosystems. From the results, it is suggested an increase in the use of native tropical species in the toxicity laboratory tests. Also, this process should be complemented with experiments in ecosystem models, allowing the evaluation of the direct and indirect effects of contaminants in the population and in community level as well as a better understanding of these effects on ecosystem functions and services.

Phytoplankton produce allelochemicals; excreted chemical substances that are affecting other microorganisms in their direct environment. In my thesis, I investigated strain specific variability in the expression of allelochemicals of the harmful flagellate Prymnesium parvum, that is euryhaline but mainly bloom forming in brackish water. I found a large variation among strains, but further showed that all strains of P. parvum were more allelopathic in brackish water compared to marine water. In a marine microbial community, allelochemicals can affect prey, competitors and grazers both, directly and indirectly. For instance, in a food web where grazing controls prey abundance, the negative direct effect of allelochemicals on grazers will positive affect their prey. During my thesis, I investigated how marine microbial communities respond to the addition of allelochemicals. I performed field experiments with microbial communities from seawater collected from different places over Europe, and tested how this communities respond to the addition of allelochemicals from the dinoflagellate Alexandrium tamarense. Before I incubated the microbial communities for several days with A. tamarense algal filtrate, I evaluated the allelopathic efficiency of the algal filtrates with an algal monoculture of Rhodomonas spp. This allowed me to compare the effect of A. tamarense filtrate between the different microbial communities. In general, bacteria reached higher abundances when allelochemicals were present. As allelochemicals also inhibited nanoflagellates and ciliates, we concluded, that allelochemicals indirectly benefit bacteria by reducing grazing pressure. In microbial food webs with many heterotrophic grazers, allelochemicals further benefitted other phytoplankton by inhibiting grazers. It was also shown that bioavailable DOM is released from a microbial community when allelochemicals are present. As most DOM was released from the seawater fraction > 60 μm, we concluded, that larger microorganisms are more affected by allelochemicals than smaller microorganisms. The results can be explained by the surface to volume ratio of microorganisms: Larger organisms provide more contact surface for allelochemicals, and therefore, are probably more vulnerable towards allelochemicals. In conclusion, the effect of allelochemicals on a microbial community depends among others on the structure of the microbial food web, the amount of available DOM, the particle density in the seawater and the composition of the phytoplankton community.

O aumento do consumo de agrotóxicos, em geral nos países em desenvolvimento cuja base econômica é a agricultura, como no Brasil (primeiro no ranking mundial), tem sido relacionado à expansão da degradação dos ecossistemas e à perda da biodiversidade, principalmente das espécies não alvo, incluindo ainda os riscos inerentes à saúde humana. Além disso, a ausência de políticas e programas mais efetivos relacionados à regulação e uso de agrotóxicos no Brasil, bem como o estabelecimento de normas restritivas baseadas em resultados gerados em países de clima temperado, tornam-se cada vez mais preocupantes, pois podem subestimar os reais riscos da contaminação ambiental por agrotóxicos em ecossistemas tropicais. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos diretos e indiretos do agrotóxico pyrimethanil, um fungicida utilizado em diversas culturas de climas temperado e tropical, sobre a comunidade aquática tropical, considerando experimentos laboratoriais e o uso de modelos ecossistêmicos para avaliação destes efeitos. Para atender aos objetivos propostos foram realizados testes de toxicidade com as espécies Pseudokirchneriella subcapitata (alga), Ceriodaphnia silvestrii e Daphnia similis (zooplâncton) e Danio rerio (peixes), além de um experimento em mesocosmos, monitorado em longo prazo (durante 15 dias antes e 366 dias após a contaminação), avaliando as variações físicas e químicas, bem como as respostas das comunidades zooplanctônicas e fitoplanctônicas frente à contaminação por pyrimethanil, em uma concentração média de 1,36 mg.L-1. Nos testes de toxicidade, as CEs obtidas foram de 0,67 mg.L-1 (crônica) e 3,26 mg.L-1 (aguda) para C. silvestrii; de 3,65 mg.L-1 (agudo) para D. similis; de 9,65 mg.L-1 para P. subcapitata e para D. rerio os valores obtidos para imobilidade foram de 10,45 mg.L-1 (96h) e 13,77 mg.L-1(48h) e para a mortalidade foram de 27,45 mg.L-1 (96h) e 32,17 mg.L-1 (48h). Pelos resultados dos experimentos em mesocosmos verificaram-se efeitos negativos diretos sobre o zooplâncton (redução da densidade e alteração na composição de espécies) e indiretos sobre o fitoplâncton, decorrentes da diminuição da pressão de pastagem, além do desaparecimento de algumas espécies mais sensíveis. Os efeitos tóxicos observados foram além do período em que foi observada a degradação completa do pyrimethanil, demonstrando o alto impacto do agrotóxico em ecossistemas aquáticos e a complexidade da dinâmica desse tipo de contaminação em ecossistemas naturais. O design experimental revelou-se adequado, gerando informações importantes sobre os impactos dos agrotóxicos nos ecossistemas aquáticos. A partir dos resultados obtidos sugere-se que a utilização de espécies nativas de regiões tropicais seja ampliada nos testes de toxicidade laboratoriais, sendo fundamental que os mesmos sejam complementados com os experimentos em modelos ecossistêmicos, o que permite uma avaliação dos efeitos diretos e indiretos dos contaminantes em nível de população e comunidade, bem como uma melhor compreensão destes efeitos nas funções e serviços ecossistêmicos. / The increase in the consumption of pesticides, mainly in developing countries whose economic base is agriculture, as Brazil (first in the world ranking), has been associated to the expansion of ecosystem degradation and biodiversity losses, especially of non-target species, also including the risks to human health. In addition, the absence of policies and effective programs related to the regulation and use of pesticides in Brazil, and the establishment of restrictive standards based on results generated in temperate countries, make it becomes increasingly worrisome because it may underestimate the real risks of environmental contamination by pesticides in tropical ecosystems. In this context, the present study aim to evaluate the direct and indirect effects of the pesticide pyrimethanil, a fungicide used in many temperate and tropical crops, upon a tropical aquatic community, considering laboratory experiments and the use of ecosystem models to evaluate these effects. To achieve the proposed objectives toxicity tests were performed with the species Pseudokirchneriella subcapitata (algae), Ceriodaphnia silvestrii and Daphnia similis (zooplankton) and Danio rerio (fish), as well as an experiment in mesocosms, monitored for a long-term (15 days before and 366 days after infection), evaluating the physical and chemical variations, and also the responses of phytoplankton and zooplankton communities across the pyrimethanil contamination in an average concentration of 1.36 mg.L-1. In toxicity tests, the ECs obtained were 0.67 mg.L-1 (chronic) and 3.26 mg L-1 (acute) for C. silvestrii; 3,65 mg.L-1 (acute) for D. similis; 9.65 mg.L-1 for P. subcapitata; and the values obtained for D. rerio immobility were 10.45 mg.L-1 (96h) and 13.77 mg.L-1 (48h) and mortality were 27.45 mg.L-1 (96h) and 32.17 mg.L-1 (48h). The results of the experiments in mesocosms showed direct negative effects on zooplankton (reduced density and change in species composition) and indirect effects on phytoplankton, resulted from the decrease in grazing pressure in addition to the exclusion of some sensitive species. Even after the complete degradation of pyrimethanil, toxic effects were observed, demonstrating the high impact of this pesticide on aquatic ecosystems and the complexity of the dynamics of this type of contamination in natural ecosystems. The design of the experiment revealed to be appropriate for the study, generating important information about the impacts of pesticides on aquatic ecosystems. From the results, it is suggested an increase in the use of native tropical species in the toxicity laboratory tests. Also, this process should be complemented with experiments in ecosystem models, allowing the evaluation of the direct and indirect effects of contaminants in the population and in community level as well as a better understanding of these effects on ecosystem functions and services.

Os ecossistemas aquáticos têm sido afetados pelo uso intensivo de agrotóxicos e pela introdução de espécies exóticas. Para melhor avaliar os efeitos diretos e indiretos dessas atividades sobre as comunidades aquáticas, é essencial a utilização de experimentos em escala mais próxima a real. O objetivo desta pesquisa foi analisar os efeitos do agrotóxico Vertimec® 18 CE, cujo princípio ativo é a abamectina, sobre a comunidade planctônica através de um experimento em mesocosmos com duração de 20 dias. Para reproduzir relações biológicas mais complexas e analisar o impacto da introdução de uma espécie exótica sobre o plâncton, inseriram-se girinos de Lithobates catesbeianus em alguns tratamentos. Foram consideradas duas concentrações do agrotóxico (2 μL L-1 em dose múltipla e 8 μL L-1 em dose única) na ausência e presença de girinos, além de dois tratamentos não contaminados (controle com e sem girinos). Variáveis físicas, químicas e biológicas (clorofila a, aspectos qualitativos e quantitativos do fitoplâncton e do zooplâncton) da água e do sedimento foram monitoradas. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que os girinos causaram um aumento na concentração de nutrientes na água e uma diminuição do oxigênio dissolvido e da densidade planctônica. Nos tratamentos contaminados, como um efeito indireto do incremento da concentração de nutrientes e da mortalidade das espécies de Cladocera e Copepoda, a densidade do fitoplâncton e de algumas espécies tolerantes de Rotifera aumentou. No tratamento com a concentração mais elevada do agrotóxico, registrou-se a morte de todos os girinos, proporcionando um aumento na concentração de nutrientes na água e na densidade de algumas espécies fitoplanctônicas, que alcançaram uma densidade total de 96.919 ind mL-1. Estes resultados indicam que a inserção dos girinos e a adição do agrotóxico causaram efeitos diretos e indiretos sobre a comunidade planctônica e a qualidade da água. Conclui-se que os mesocosmos podem contribuir para a compreensão de tais efeitos e oferecer subsídios ao manejo de ecossistemas de água doce impactados por atividades antrópicas. / Aquatic ecosystems have been impacted due to the intensive use of pesticides and the introduction of exotic species. It is essential to use more realistic experiments for assessing direct and indirect effects of these activities on aquatic communities. This thesis aimed to analyze the effects of the pesticide Vertimec® 18 EC, whose active ingredient is abamectin, on plankton community through a mesocosm experiment during 20 days. Tadpoles of the species Lithobates catesbeianus were introduced in some treatments to simulate complex biological relationships and to evaluate the impact of the introduction of such exotic species on plankton. Different treatments were analyzed, including one case of no contamination (control) and two cases of contamination: 2 μL L-1 (multiple dose) and 8 μL L-1 (single dose). Such conditions were considered both with absence and presence of tadpoles. Physical, chemical and biological (chlorophyll a, qualitative and quantitative aspects of phytoplankton and zooplankton) variables of water and sediment were also monitored. The tadpoles caused an increase in the concentration of nutrients and a decrease of dissolved oxygen concentration and plankton density. In the contaminated treatments, as an indirect effect of the nutrient increase and the mortality of species of Cladocera and Copepoda, the density of phytoplankton and some tolerant species of rotifers increased. In the treatment with the highest concentration of the pesticide, all the tadpoles died. As a result of the death of the tadpoles, there was nutrient enrichment in the water, with an associated increase in the density of some phytoplankton species, reaching a total density of 96,919 ind mL-1. These results suggested that direct and indirect effects occurred on plankton community and water quality through the addition of the contaminant and the tadpoles. We conclude that the mesocosms might contribute to the understanding of these effects and provide subsidies for management of freshwater ecosystems impacted by human activities.

Os ecossistemas aquáticos têm sido afetados pelo uso intensivo de agrotóxicos e pela introdução de espécies exóticas. Para melhor avaliar os efeitos diretos e indiretos dessas atividades sobre as comunidades aquáticas, é essencial a utilização de experimentos em escala mais próxima a real. O objetivo desta pesquisa foi analisar os efeitos do agrotóxico Vertimec® 18 CE, cujo princípio ativo é a abamectina, sobre a comunidade planctônica através de um experimento em mesocosmos com duração de 20 dias. Para reproduzir relações biológicas mais complexas e analisar o impacto da introdução de uma espécie exótica sobre o plâncton, inseriram-se girinos de Lithobates catesbeianus em alguns tratamentos. Foram consideradas duas concentrações do agrotóxico (2 μL L-1 em dose múltipla e 8 μL L-1 em dose única) na ausência e presença de girinos, além de dois tratamentos não contaminados (controle com e sem girinos). Variáveis físicas, químicas e biológicas (clorofila a, aspectos qualitativos e quantitativos do fitoplâncton e do zooplâncton) da água e do sedimento foram monitoradas. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que os girinos causaram um aumento na concentração de nutrientes na água e uma diminuição do oxigênio dissolvido e da densidade planctônica. Nos tratamentos contaminados, como um efeito indireto do incremento da concentração de nutrientes e da mortalidade das espécies de Cladocera e Copepoda, a densidade do fitoplâncton e de algumas espécies tolerantes de Rotifera aumentou. No tratamento com a concentração mais elevada do agrotóxico, registrou-se a morte de todos os girinos, proporcionando um aumento na concentração de nutrientes na água e na densidade de algumas espécies fitoplanctônicas, que alcançaram uma densidade total de 96.919 ind mL-1. Estes resultados indicam que a inserção dos girinos e a adição do agrotóxico causaram efeitos diretos e indiretos sobre a comunidade planctônica e a qualidade da água. Conclui-se que os mesocosmos podem contribuir para a compreensão de tais efeitos e oferecer subsídios ao manejo de ecossistemas de água doce impactados por atividades antrópicas. / Aquatic ecosystems have been impacted due to the intensive use of pesticides and the introduction of exotic species. It is essential to use more realistic experiments for assessing direct and indirect effects of these activities on aquatic communities. This thesis aimed to analyze the effects of the pesticide Vertimec® 18 EC, whose active ingredient is abamectin, on plankton community through a mesocosm experiment during 20 days. Tadpoles of the species Lithobates catesbeianus were introduced in some treatments to simulate complex biological relationships and to evaluate the impact of the introduction of such exotic species on plankton. Different treatments were analyzed, including one case of no contamination (control) and two cases of contamination: 2 μL L-1 (multiple dose) and 8 μL L-1 (single dose). Such conditions were considered both with absence and presence of tadpoles. Physical, chemical and biological (chlorophyll a, qualitative and quantitative aspects of phytoplankton and zooplankton) variables of water and sediment were also monitored. The tadpoles caused an increase in the concentration of nutrients and a decrease of dissolved oxygen concentration and plankton density. In the contaminated treatments, as an indirect effect of the nutrient increase and the mortality of species of Cladocera and Copepoda, the density of phytoplankton and some tolerant species of rotifers increased. In the treatment with the highest concentration of the pesticide, all the tadpoles died. As a result of the death of the tadpoles, there was nutrient enrichment in the water, with an associated increase in the density of some phytoplankton species, reaching a total density of 96,919 ind mL-1. These results suggested that direct and indirect effects occurred on plankton community and water quality through the addition of the contaminant and the tadpoles. We conclude that the mesocosms might contribute to the understanding of these effects and provide subsidies for management of freshwater ecosystems impacted by human activities.