A Lagoa Mangueira é uma extensa lagoa rasa subtropical localizada no sul do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. É um ambiente que varia de oligo à mesotrófico, com extensa área litoral colonizada por macrófitas aquáticas, fornecendo grande área de substrato para o desenvolvimento da comunidade aderida. A parte sul da lagoa é caracterizada pela alta transparência e alto pH, e a parte norte é mais rasa com alta concentração de ácidos húmicos devido a interação com banhado. Devido sua forma e posição geográfica a lagoa sofre constante ação dos ventos de direção NE, com mudanças para o quadrante SE-SO durante as frentes frias. O vento neste ambiente é um fator regulador da hidrodinâmica, afetando espacial e temporalmente as comunidades aquáticas (fitoplâncton, zooplâncton, e peixes), podendo ser considerado um distúrbio constante no ambiente. Entretanto, ainda há uma lacuna quanto à contribuição das algas epifíticas para a teia trófica, bem como a resposta dessa comunidade à hidrodinâmica. O Capítulo 1 apresenta um estudo que testou se as diatomáceas epifíticas respondem a heterogeneidade espacial da lagoa durante dois verões em três pontos distantes (Norte, Centro e Sul). Verificou-se que as diatomáceas exibem um gradiente longitudinal NS e a área central assume características semelhantes aos pontos Norte e Sul dependendo da dinâmica do vento. No Capítulo 2, foi avaliada a sucessão das algas epifíticas no Sul da lagoa, durante 60 dias no verão de 2012, para investigar os fatores reguladores do desenvolvimento da comunidade in situ, considerando o zooplâncton como potencial predador. O estudo evidenciou que a fase avançada da sucessão foi dominada por diatomáceas fortemente aderidas e adaptadas às altas médias da velocidade do vento (±15 m s-1). O epifíton mostrou-se uma grande fonte de produtividade primária para a teia trófica e fortes correlações provaram que a comunidade sustentou o controle bottom-up da comunidade zooplanctônica. O Capítulo 3 descreve o estudo que testou a resposta do epifíton à dinâmica do vento (velocidade e direção) durante frentes frias (inverno de 2013) em três situações diferentes: comunidade natural, sucessão em um banco de macrófitas e um mesocosmo (protegido da ação do vento). O epifíton revelou-se resiliente, uma vez que o vento favoreceu a colonização e estabilização, recuperando-se rapidamente após o distúrbio. O mesocosmo diminuiu a ação do vento atrasando a deposição das células metafíticas para início da colonização e a sucessão só começou após um grande distúrbio (vento 10 m s-1) que nivelou a água do mesocosmo e a água circundante. Dominância de diatomáceas foi registrada em todos os experimentos. As diversidades das comunidades de todos os experimentos responderam à dinâmica do vento, sendo mais baixas quando a velocidade do vento excedeu a média encontrada para o período (5 m s -1). / Mangueira Lake is a large shallow subtropical lake located in the Southern Rio Grande do Sul State, Brazil. The lake ranges from oligo to -mesotrophic conditions and presents a large littoral zone covered by macrophytes, providing large area for attached community development. The southern area of the lake is characterized by high transparency and high pH and the northern area is shallower with high concentration of humic acids because of its interaction with the wetland. Due to its shape and geographic position, the lake undergoes constant wind action from NE direction and from SE‒SW during cold-fronts. The wind regulates the hydrodynamics in this environment affecting spatial and temporally the aquatic communities (phytoplankton, zooplankton and fishes), and can be considered a constant disturbance. However, epiphytic algae contribution for food-web, as well as their responses to hydrodynamics, are still a lack. Chapter 1 presents a study in which we tested if epiphytic diatoms respond to the lake spatial heterogeneity during two summers in three distant sites (North, Center and South). As a result we noted that diatoms exhibited a longitudinal gradient from NS whereas the center area assumes characteristics similar to both North and South areas depending on wind dynamics. In Chapter 2, we investigated epiphyton succession during 60 days in southern part of the lake in the summer of 2012, aiming to describe the driving factors of the community development in situ, considering zooplankton as a potential grazer. The study highlighted that the advanced phase of succession was dominated by tightly attached diatoms adapted to high wind mean velocity (±15 m s-1). We also showed that epiphyton was great source of primary production for the food-web and strong correlations proved that the community is handling zooplankton bottom-up control. Chapter 3 describes a study that tested the response of the epiphyton to the wind dynamics (velocity and direction) during cold-fronts (2013 Winter) in three different situations: natural community, succession in a macrophyte bank and in an enclosure (protected from the wind). As a result, epiphyton revealed to be resilient once wind favored colonization and stabilization, rapidly recovering after disturbance. The enclosure acted buffering wind forces delaying succession derived by settlement of metaphytic cells and the succession only started after a huge disturbance (wind 10 m s-1) which leveled the enclosure water and the lake water. Dominance of diatoms was registered in all experiments. The communities‟ diversities responded to wind dynamics, whereas all experiments showed lower diversities when wind velocity exceeded the system‟s means (5 m s-1).

abstract: An understanding of the formation of spatial heterogeneity is important because spatial heterogeneity leads to functional consequences at the ecosystem scale; however, such an understanding is still limited. Particularly, research simultaneously considering both external variables and internal feedbacks (self-organization) is rare, partly because these two drivers are addressed under different methodological frameworks. In this dissertation, I show the prevalence of internal feedbacks and their interaction with heterogeneity in the preexisting template to form spatial pattern. I use a variety of techniques to account for both the top-down template effect and bottom-up self-organization. Spatial patterns of nutrients in stream surface water are influenced by the self-organized patch configuration originating from the internal feedbacks between nutrient concentration, biological patchiness, and the geomorphic template. Clumps of in-stream macrophyte are shaped by the spatial gradient of water permanence and local self-organization. Additionally, significant biological interactions among plant species also influence macrophyte distribution. The relative contributions of these drivers change in time, responding to the larger external environments or internal processes of ecosystem development. Hydrologic regime alters the effect of geomorphic template and self-organization on in-stream macrophyte distribution. The relative importance of niche vs. neutral processes in shaping biodiversity pattern is a function of hydrology: neutral processes are more important in either very high or very low discharge periods. For the spatial pattern of nutrients, as the ecosystem moves toward late succession and nitrogen becomes more limiting, the effect of self-organization intensifies. Changes in relative importance of different drivers directly affect ecosystem macroscopic properties, such as ecosystem resilience. Stronger internal feedbacks in average to wetter years are shown to increase ecosystem resistance to elevated external stress, and make the backward shifts (vegetation loss) much more gradual. But it causes increases in ecosystem hysteresis effect. Finally, I address the question whether functional consequences of spatial heterogeneity feed back to influence the processes from which spatial heterogeneity emerged through a conceptual review. Such feedbacks are not likely. Self-organized spatial patterning is a result of regular biological processes of organisms. Individual organisms do not benefit from such order. It is order for free, and for nothing. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biology 2015

A Lagoa Mangueira é uma extensa lagoa rasa subtropical localizada no sul do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. É um ambiente que varia de oligo à mesotrófico, com extensa área litoral colonizada por macrófitas aquáticas, fornecendo grande área de substrato para o desenvolvimento da comunidade aderida. A parte sul da lagoa é caracterizada pela alta transparência e alto pH, e a parte norte é mais rasa com alta concentração de ácidos húmicos devido a interação com banhado. Devido sua forma e posição geográfica a lagoa sofre constante ação dos ventos de direção NE, com mudanças para o quadrante SE-SO durante as frentes frias. O vento neste ambiente é um fator regulador da hidrodinâmica, afetando espacial e temporalmente as comunidades aquáticas (fitoplâncton, zooplâncton, e peixes), podendo ser considerado um distúrbio constante no ambiente. Entretanto, ainda há uma lacuna quanto à contribuição das algas epifíticas para a teia trófica, bem como a resposta dessa comunidade à hidrodinâmica. O Capítulo 1 apresenta um estudo que testou se as diatomáceas epifíticas respondem a heterogeneidade espacial da lagoa durante dois verões em três pontos distantes (Norte, Centro e Sul). Verificou-se que as diatomáceas exibem um gradiente longitudinal NS e a área central assume características semelhantes aos pontos Norte e Sul dependendo da dinâmica do vento. No Capítulo 2, foi avaliada a sucessão das algas epifíticas no Sul da lagoa, durante 60 dias no verão de 2012, para investigar os fatores reguladores do desenvolvimento da comunidade in situ, considerando o zooplâncton como potencial predador. O estudo evidenciou que a fase avançada da sucessão foi dominada por diatomáceas fortemente aderidas e adaptadas às altas médias da velocidade do vento (±15 m s-1). O epifíton mostrou-se uma grande fonte de produtividade primária para a teia trófica e fortes correlações provaram que a comunidade sustentou o controle bottom-up da comunidade zooplanctônica. O Capítulo 3 descreve o estudo que testou a resposta do epifíton à dinâmica do vento (velocidade e direção) durante frentes frias (inverno de 2013) em três situações diferentes: comunidade natural, sucessão em um banco de macrófitas e um mesocosmo (protegido da ação do vento). O epifíton revelou-se resiliente, uma vez que o vento favoreceu a colonização e estabilização, recuperando-se rapidamente após o distúrbio. O mesocosmo diminuiu a ação do vento atrasando a deposição das células metafíticas para início da colonização e a sucessão só começou após um grande distúrbio (vento 10 m s-1) que nivelou a água do mesocosmo e a água circundante. Dominância de diatomáceas foi registrada em todos os experimentos. As diversidades das comunidades de todos os experimentos responderam à dinâmica do vento, sendo mais baixas quando a velocidade do vento excedeu a média encontrada para o período (5 m s -1). / Mangueira Lake is a large shallow subtropical lake located in the Southern Rio Grande do Sul State, Brazil. The lake ranges from oligo to -mesotrophic conditions and presents a large littoral zone covered by macrophytes, providing large area for attached community development. The southern area of the lake is characterized by high transparency and high pH and the northern area is shallower with high concentration of humic acids because of its interaction with the wetland. Due to its shape and geographic position, the lake undergoes constant wind action from NE direction and from SE‒SW during cold-fronts. The wind regulates the hydrodynamics in this environment affecting spatial and temporally the aquatic communities (phytoplankton, zooplankton and fishes), and can be considered a constant disturbance. However, epiphytic algae contribution for food-web, as well as their responses to hydrodynamics, are still a lack. Chapter 1 presents a study in which we tested if epiphytic diatoms respond to the lake spatial heterogeneity during two summers in three distant sites (North, Center and South). As a result we noted that diatoms exhibited a longitudinal gradient from NS whereas the center area assumes characteristics similar to both North and South areas depending on wind dynamics. In Chapter 2, we investigated epiphyton succession during 60 days in southern part of the lake in the summer of 2012, aiming to describe the driving factors of the community development in situ, considering zooplankton as a potential grazer. The study highlighted that the advanced phase of succession was dominated by tightly attached diatoms adapted to high wind mean velocity (±15 m s-1). We also showed that epiphyton was great source of primary production for the food-web and strong correlations proved that the community is handling zooplankton bottom-up control. Chapter 3 describes a study that tested the response of the epiphyton to the wind dynamics (velocity and direction) during cold-fronts (2013 Winter) in three different situations: natural community, succession in a macrophyte bank and in an enclosure (protected from the wind). As a result, epiphyton revealed to be resilient once wind favored colonization and stabilization, rapidly recovering after disturbance. The enclosure acted buffering wind forces delaying succession derived by settlement of metaphytic cells and the succession only started after a huge disturbance (wind 10 m s-1) which leveled the enclosure water and the lake water. Dominance of diatoms was registered in all experiments. The communities‟ diversities responded to wind dynamics, whereas all experiments showed lower diversities when wind velocity exceeded the system‟s means (5 m s-1).

O estudo da heterogeneidade ambiental é de fundamental importância em ecologia, uma vez que interfere na estrutura e funcionamento dos ecossistemas. Reservatórios em particular são ecossistemas artificiais com alto grau de heterogeneidade espacial e temporal. Com intuito de testar a hipótese da existência de um padrão de heterogeneidade nas águas superficiais do reservatório Guarapiranga e discutir a qualidade de suas águas, com base na resolução CONAMA 357/05, foram efetuadas coletas, durante as estações seca e chuvosa, de variáveis físicas, químicas e hidrobiológicas, em 33 estações distribuídas ao longo da represa Guarapiranga. Os dados foram analisados por meio de Análise de Componentes Principais (ACP) e os resultados corroboraram a hipótese testada. Foi possível identificar quatro compartimentos: 1) um compartimento localizado na região da entrada do córrego de Parelheiros, com características de zona fluvial; 2) um compartimento na região do braço da represa Guarapiranga onde ocorre a entrada do Rio Embu-Guaçu, local em que foram observados os menores valores para condutividade elétrica, sólidos totais, fósforo total, nitrogênio total e material particulado em suspensão; 3) um compartimento com características de zona de transição, o qual tendeu a ser mais prolongado na campanha da estação chuvosa, provavelmente pelo regime de operação do reservatório, que apresenta maior vazão no período das cheias; 4) um compartimento na região jusante, onde foram observados os maiores valores para disco de Secchi, maiores concentrações de nitrogênio total, maior participação da fração orgânica do material em suspensão, sólidos totais e pH; estes dados são provavelmente resultados da grande urbanização observada ao redor do reservatório e do maior tempo de retenção na área da barragem. Foi observada também condição mais crítica da qualidade da água na região de Parelheiros. Além disso, as concentrações de: fósforo total, clorofila a, oxigênio dissolvido e cádmio total, apresentaram-se fora das metas estabelecidas para os corpos hídricos classe 1, no qual a represa Guarapiranga foi enquadrada. Tais dados apontam para a necessidade do controle das ocupações irregulares, e da implantação de rede coletora de esgotos na bacia Guarapiranga. / Environmental heterogeneity studies are of great importance in ecology, once it interferes on ecosystems structure and working. Water reservoirs in particular are artificial ecosystems with high spatial and temporal heterogeneity. To test the hypothesis of existence of a pattern of longitudinal heterogeneity, and discuss water quality according to CONAMA 357/05, samples of physical, chemical and hydrobiological variables were collected during the dry and wet seasons in 33 stations in the Guarapiranga reservoir. Data were analysed by Principal Components Analisys (PCA) and the results corroborated the tested hypothesis. It was possible to identify four compartments: 1) a compartment near the entrance of Parelheiros streamlet, with riverine characteristics; 2) a compartment on the area of Guarapiranga reservoir, where entrance of Embu-Guaçu river tooks place, in this area were observed the lower values for electric conductivity, suspended solids, total phosphorus, total nitrogen and total suspended material; 3) a compartment with transition zone characteristics, this compartment was longer on the wet season collect, probably by the reservoir operation, which presents higher outflow on wet season; 4) a compartment downstream, which presented highers values for Secchi disc, total nitrogen, organic suspended material, suspended solids and pH, this data are probably result of the great urbanization observed around the reservoir, and the greater water residence time in the area of the dam. It was also observed critical conditions of water quality on the area of Parelheiros streamlet entrance. Moreover, concentrations of: total phosphorus, chlorophyll \'a\', dissolved oxigen and total cadmium were out of the estabilished limits for water bodies class 1, according to CONAMA 357/05. Such data point out to the necessity of controlling irregular occupations and introduction of net collector drains at Guarapiranga basin.

A heterogeneidade comum aos sistemas biológicos, sua influência na interação planta-polinizador e demografia de uma arvoreta tropical são os temas centrais desta tese. Utilizando uma abordagem hierárquica de estrutura de manchas de recursos florais: 1. caracterizamos a variação espaço-temporal na disponibilidade de recursos florais aos morcegos e beija-flores, polinizadores de Abutilon rufinerve. 2. avaliamos a existência de indícios de efeitos positivos ou negativos da densidade de A. rufinerve na atração de visitantes florais, em seu comportamento e possíveis conseqüências para a produção de sementes; e 3. discutimos a importância relativa da variação na produção de sementes para a demografia de A. rufinerve em diferentes condições ambientais caracterizadas por média e alta densidade de coespecíficos. A disponibilidade de recursos florais não diferiu entre dia e noite contrariando as expectativas de maior produção de néctar no período noturno em função de uma maior eficiência dos morcegos como polinizadores. As variações mais importantes na distribuição de recursos e na resposta dos visitantes florais foram observadas nas menores escalas. O aumento na densidade de recursos incrementou a visitação das flores por morcegos, porém diminuiu a visitação por beija-flores. A demografia de A. rufinerve indica que, atualmente e para esta população, os polinizadores parecem ter pouca influência em diferenças naaptidão dos indivíduos, e exercem pouca pressão seletiva sobre as plantas. Isto parece ocorrer devido à sobrevivência e crescimento das plântulas ser a etapa mais crítica do ciclo de vida desta população. No entanto é importante enfatizar que estes dados refletem um momento da população desta espécie vegetal, e que os processos evolutivos apresentam variação espaço-temporal, gerando os mosaicos geográficos. / Heterogeneity is a remarkable characteristic of biological systems. This thesis is about the influence of heterogeneity on plant-pollinator interaction and on demography of a tropical treelet Abutilon rufinerve. With an approach of hierarchical scales of patch structure we: 1. characterized the spatio-temporal variation on the availability of floral resources to bats and hummingbirds, the main pollinators of this species; 2. evaluated the occurrence of positive or negative density effects of A. rufinerve on pollinator attraction and seed production; and 3. elucidated the relative importance of variation in seed production to A. rufinerve\'s demography in different environmental conditions, characterized by medium and high conspecific density. The availability of resources did not differ between day and night, against our expectations of higher nectar production by night as a result of selective pressures made by bats, the most efficient pollinators. The greatest variation in floral resources and in the response of floral visitor was observed at fine spatial scales. Abutilon rufinerve\'s demography indicated that in this population, pollinators seem to pose no selective pressure on plants. Seed production has few effects on fitness because seedling survival and growth is the critical stage in life-cycle. However it is important to emphasize that this study reflects a short period of this population existence, and that evolutionary process vary spatio-temporaly creating geographic mosaics.

A Lagoa Mangueira é uma extensa lagoa rasa subtropical localizada no sul do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. É um ambiente que varia de oligo à mesotrófico, com extensa área litoral colonizada por macrófitas aquáticas, fornecendo grande área de substrato para o desenvolvimento da comunidade aderida. A parte sul da lagoa é caracterizada pela alta transparência e alto pH, e a parte norte é mais rasa com alta concentração de ácidos húmicos devido a interação com banhado. Devido sua forma e posição geográfica a lagoa sofre constante ação dos ventos de direção NE, com mudanças para o quadrante SE-SO durante as frentes frias. O vento neste ambiente é um fator regulador da hidrodinâmica, afetando espacial e temporalmente as comunidades aquáticas (fitoplâncton, zooplâncton, e peixes), podendo ser considerado um distúrbio constante no ambiente. Entretanto, ainda há uma lacuna quanto à contribuição das algas epifíticas para a teia trófica, bem como a resposta dessa comunidade à hidrodinâmica. O Capítulo 1 apresenta um estudo que testou se as diatomáceas epifíticas respondem a heterogeneidade espacial da lagoa durante dois verões em três pontos distantes (Norte, Centro e Sul). Verificou-se que as diatomáceas exibem um gradiente longitudinal NS e a área central assume características semelhantes aos pontos Norte e Sul dependendo da dinâmica do vento. No Capítulo 2, foi avaliada a sucessão das algas epifíticas no Sul da lagoa, durante 60 dias no verão de 2012, para investigar os fatores reguladores do desenvolvimento da comunidade in situ, considerando o zooplâncton como potencial predador. O estudo evidenciou que a fase avançada da sucessão foi dominada por diatomáceas fortemente aderidas e adaptadas às altas médias da velocidade do vento (±15 m s-1). O epifíton mostrou-se uma grande fonte de produtividade primária para a teia trófica e fortes correlações provaram que a comunidade sustentou o controle bottom-up da comunidade zooplanctônica. O Capítulo 3 descreve o estudo que testou a resposta do epifíton à dinâmica do vento (velocidade e direção) durante frentes frias (inverno de 2013) em três situações diferentes: comunidade natural, sucessão em um banco de macrófitas e um mesocosmo (protegido da ação do vento). O epifíton revelou-se resiliente, uma vez que o vento favoreceu a colonização e estabilização, recuperando-se rapidamente após o distúrbio. O mesocosmo diminuiu a ação do vento atrasando a deposição das células metafíticas para início da colonização e a sucessão só começou após um grande distúrbio (vento 10 m s-1) que nivelou a água do mesocosmo e a água circundante. Dominância de diatomáceas foi registrada em todos os experimentos. As diversidades das comunidades de todos os experimentos responderam à dinâmica do vento, sendo mais baixas quando a velocidade do vento excedeu a média encontrada para o período (5 m s -1). / Mangueira Lake is a large shallow subtropical lake located in the Southern Rio Grande do Sul State, Brazil. The lake ranges from oligo to -mesotrophic conditions and presents a large littoral zone covered by macrophytes, providing large area for attached community development. The southern area of the lake is characterized by high transparency and high pH and the northern area is shallower with high concentration of humic acids because of its interaction with the wetland. Due to its shape and geographic position, the lake undergoes constant wind action from NE direction and from SE‒SW during cold-fronts. The wind regulates the hydrodynamics in this environment affecting spatial and temporally the aquatic communities (phytoplankton, zooplankton and fishes), and can be considered a constant disturbance. However, epiphytic algae contribution for food-web, as well as their responses to hydrodynamics, are still a lack. Chapter 1 presents a study in which we tested if epiphytic diatoms respond to the lake spatial heterogeneity during two summers in three distant sites (North, Center and South). As a result we noted that diatoms exhibited a longitudinal gradient from NS whereas the center area assumes characteristics similar to both North and South areas depending on wind dynamics. In Chapter 2, we investigated epiphyton succession during 60 days in southern part of the lake in the summer of 2012, aiming to describe the driving factors of the community development in situ, considering zooplankton as a potential grazer. The study highlighted that the advanced phase of succession was dominated by tightly attached diatoms adapted to high wind mean velocity (±15 m s-1). We also showed that epiphyton was great source of primary production for the food-web and strong correlations proved that the community is handling zooplankton bottom-up control. Chapter 3 describes a study that tested the response of the epiphyton to the wind dynamics (velocity and direction) during cold-fronts (2013 Winter) in three different situations: natural community, succession in a macrophyte bank and in an enclosure (protected from the wind). As a result, epiphyton revealed to be resilient once wind favored colonization and stabilization, rapidly recovering after disturbance. The enclosure acted buffering wind forces delaying succession derived by settlement of metaphytic cells and the succession only started after a huge disturbance (wind 10 m s-1) which leveled the enclosure water and the lake water. Dominance of diatoms was registered in all experiments. The communities‟ diversities responded to wind dynamics, whereas all experiments showed lower diversities when wind velocity exceeded the system‟s means (5 m s-1).

O entendimento da comunidade fitoplanctônica em sistemas instáveis, como por exemplo reservatórios, necessita conhecimento de escalas de variabilidade. Com base nisso, um estudo sobre a heterogeneidade espacial e variabilidade temporal de dois reservatórios com diferentes graus de trofia, no Estado de São Paulo foi realizado em 20 estações no reservatório de Salto Grande e em 19 no reservatório do Lobo, em 3 dias consecutivos, em quatro períodos: outubro de 1999, janeiro, abril e junho e julho de 2000. Para tanto foram determinadas as concentrações de nutrientes totais e dissolvidos, material em suspensão, carbono inorgânico, clorofila a, biomassa, densidade, composição e produtividade primária da comunidade fitoplanctônica e os perfis de oxigênio dissolvido, temperatura, pH e condutividade. Os dois reservatórios tiveram estruturas espaciais semelhantes com a formação de três zonas distintas. A zona de rio, misturada, com menor penetração de luz e maior concentração de nutrientes, a zona de transição, e a zona lacustre, mais estratificada, com maior penetração de luz e menor concentração de nutrientes. Apesar dessa compartimentalização a heterogeneidade espacial no reservatório de Salto Grande foi maior que no reservatório do Lobo, sobretudo em função do gradiente longitudinal de nutrientes e luz. A variabilidade diária (3 dias) nos dois reservatórios não foi significativa na determinação da comunidade fitoplanctônica. A escala de variabilidade sazonal, nos dois reservatórios, foi determinada, principalmente pela variação nos padrões de estratificação e mistura sendo, assim, determinante na composição da comunidade fitoplanctônica. Essa influência foi mais evidente no reservatório do Lobo. A variação temporal e heterogeneidade espacial das mais abundantes espécies e grupos taxonômicos da comunidade fitoplanctônica, (Microcystis aeruginosa, Anabaena crassa e Anabaena circinalis em Salto Grande e Aphanocapsa delicatissima, Coelastrum reticulatum e Aulacoseira granulata no Lobo) nos dois reservatórios foram determinados pelos complexos processos de estratificação e mistura e da disponibilidade de luz. Os resultados obtidos são importantes para o entendimento da variabilidade ambiental de reservatórios tropicais e no planejamento de amostragens que visem o gerenciamento desses sistemas. / The understanding of the phytoplanktonic community in unstable systems, like reservoirs, needs the knowledge of variability scales. Based on it, a study of the spatial heterogeneity and temporal variability in two reservoirs with different trophic levels in São Paulo State was performed in 20 stations of the Salto Grande reservoir and in 19 of Lobo reservoir, for 3 consecutive days, in four periods: October 1999, January, April, June, and July 2000. Total and dissolved nutrients, suspended material, inorganic carbon, chlorophyll, biomass, density, and phytoplanktonic community composition were determined. The two reservoirs showed similarities in their spatial structure with the formation of three distinct zones. The riverine zone, wish was mixed, showing less light penetration and higher nutrients concentration; the transistion zone and the lacustrine zone, which was more stratified, with higher light penetration and lower nutrients concentration. Despite this compartimentalization, the spatial heterogeneity in Salto Grande reservoir was larger than in Lobo reservoir, mainly in function of the longitudinal gradient of nutrients and light. The daily variability (3 days) in the two reservoirs was not significant in the phytoplanktonic community determination. The seasonal variability scale in the two reservoirs was determined, mainly due to the stratification and mixing variation patterns and was essential in the phytoplanktonic community composition. This influence was more evident in the Lobo reservoir. The temporal variation and spatial heterogeneity of the dominants species and taxonomic groups from the phytoplanktonic community, (Microcystis aeruginosa, Anabaena circinalis and Anabaena crassa in Salto Grande reservoir and Aphanocapsa delicatissima, Coelastrum reticulatum and Aulacoseira granulata in the Lobo) were determined by complex processes of stratification, mixing, and light availability in the two reservoirs. The results obtained are important for the understanding of the environmental variability of tropical reservoirs and for the planning of sampling aim at the management of these systems.

L'intensification de l'agriculture a amélioré de façon considérable la production alimentaire ces dernières cinquante années mais elle s'est accompagnée d'un impact croissant sur l'environnement. En particulier, la modernisation de l'agriculture a impliqué une simplification de la structure des paysages agricoles rendant nos agro-ecosystèmes plus sensibles au risque épidémique. L'utilisation de la diversité génétique des cultures est une solution prometteuse pour réduire le risque d'occurrence et de propagation des maladies des cultures. Elle nécessite cependant une gestion collective des espaces agricoles. En conséquences, l'échelle d'étude ne doit plus se focaliser sur la parcelle mais sur le paysage. Dans cette thèse, nous nous interessons aux processus se déroulant à l'échelle du paysage et au rôle de la diversité des plantes cultivées pour le contrôle des épidémies. Nous avons identifié trois questions: comment les populations pathogènes se propagent-elles dans un paysage d'hôtes hétérogène ? Comment les différents génotypes composant la population pathogène entrent-ils en compétition au sein d'une population hôte diversifiée ? et, à plus long terme, comment les populations pathogènes évoluent-elles en réponse à la structure des populations hôtes ? Chacune de ces questions a été approfondie grâce à l'analyse de données obtenues en condition de production mais aussi par des approches théoriques. Nous avons montré que la composition et la structure spatiale des populations hôtes influence fortement la population pathogène. Cependant, les recommandations que peut fournir ce travail pour gérer la diversité génétique dépendent de l'objectif visé. / Agriculture intensification has improved food production impressively in the past 50 years but this came with an increasing impact on the environment. In particular, modern agriculture has led to the simplification of the environmental structure over vast areas. As a consequence, agro-ecosystems are particularly susceptible to epidemics. The increase of crop genetic diversity is a promising way for reducing the risk of occurrence and development of diseases in crops but the technical and organisational conditions required to manage the genetic resources at this scale have not been established yet. This will require shifting the scale of crop protection investigations from the field to the agricultural landscape. In this PhD thesis we focus on landscape-scale processes and on the potential role of functional diversity in cultivated landscapes to better control plant diseases. We identified three questions: how does a pathogen population spread over a heterogeneous host landscape? How do pathogen genotypes compete in a diversified host population? And, in a longer term, how do pathogen populations evolve in response to host landscape structure? Each of these questions is investigated through the analysis of real data and the development of theoretical approaches. We demonstrate that the composition and the spatial structure of the host landscape greatly influence the pathogen population dynamics and evolution. The recommendations that this work could provide in order to practically manage the genetic resources will depend on the desired aim and will request further collaborative work withthe professional operators.

The overarching objective of this study was the development, validation and testing of an improved watershed modeling framework that accounts for the effects of spatial heterogeneity on overland flow and erosion processes and it is computationally sound for shallow, overland flows with shock waves. Most of the existing soil erosion models determine fluxes of water and sediment with the assumption of a homogeneous hill. In these models the physical and biogeochemical properties of the heterogeneous hill are spatially averaged, without considering roughness and longitudinal curvature effects as well as differences in the land use/land cover -LU/LC- and soil properties along the hill. This issue was addressed by improving the Water Erosion Prediction Project (WEPP-Original version 2010.1) soil erosion model at the hillslope scale to account for the physics in terms of spatial heterogeneity in flow using a well-established shock-capturing numerical scheme. The improved WEPP model, referred to as "WEPP-Improved" model was (i) validated via detailed field experiments within an experimental plot and (ii) tested via generic simulations at the hillslope scale covering a variety of scenarios in terms of topography, LU/LC and soil type. Results showed that the WEPP-Improved model could effectively simulate the unsteadiness of the flow as well as the required time (lag) for the flow rate to reach equilibrium conditions. However, the model provided only a steady-state sediment transport rate and could capture only the equilibrium conditions. Further, the WEPP-Improved model reflected the effects of curvature, LU/LC and soil type on flow, as the model did not treat the hillslope as a homogeneous unit. Based on the generic simulations, landscape variability resulted to differences in the predicted peak runoff rate, Qpeak, between the WEPP-Improved vs. WEPP-Original models ranging ~ 3 - 62 % (avg. 19 %) due to curvature effects only, ~ 17 - 170 % (avg. ~ 66 %) due to added effects of LU/LC variability and ~ 5 % - 200 % (avg. ~ 52 %) due to added effects of soil type variability. The highest reported differences on the predicted Qpeak between the two models were attributed to the formation of the shock waves; these differences were dominant for the low in magnitude storm event and attenuated for the high event. It is believed that if the physical processes are represented accurately at the hillslope scale using the suggested modeling framework, then by utilizing an appropriate routing scheme of the flow and sediment within the stream network, it will be possible to scale-up the flow/sediment routing from the hillslope to the watershed scale without losing the degree of heterogeneity encapsulated from different hillslopes within the drainage network.

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