A 1D numerical reaction-transport model (RTM) that is a coupled system of partial differential equations is created to simulate prominent physical and biogeochemical processes and interactions in limnological environments. The prognostic variables considered are temperature, horizontal velocity, salinity, and turbulent kinetic energy of the water column, and the concentrations of phytoplankton, zooplankton, detritus, phosphate (H3PO4), nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), ferrous iron (Fe2+), iron(III) hydroxide (Fe(OH)3(s)), and oxygen (O2) suspended within the water column. Turbulence is modelled using the k-e closure scheme as implemented by Gaspar et al. (1990) for oceanic environments. The RTM is used to demonstrate how it is possible to investigate limnological trophic states by considering the problem of eutrophication as an example. A phenomenological investigation of processes leading to and sustaining eutrophication is carried out. A new indexing system that identifies different trophic states, the so-called Self-Consistent Trophic State Index (SCTSI), is proposed. This index does not rely on empirical measurements that are then compared to existing tables for classifying limnological environments into particular trophic states, for example, the concentrations of certain species at certain depths to indicate the trophic state, as is commonly done in the literature. Rather, the index is calculated using dynamic properties of only the limnological environment being considered and examines how those properties affect the sustainability of the ecosystem. Specifically, the index is calculated from a ratio of light attenuation by the ecosystem’s primary biomass to that of total light attenuation by all particulate species and molecular scattering throughout the entire water column. The index is used to probe various simulated scenarios that are believed to be relevant to eutrophication: nutrient loading, nutrient limitation, overabundance of phytoplankton, solar-induced turbulence, and wind-induced turbulence.

A 1D numerical reaction-transport model (RTM) that is a coupled system of partial differential equations is created to simulate prominent physical and biogeochemical processes and interactions in limnological environments. The prognostic variables considered are temperature, horizontal velocity, salinity, and turbulent kinetic energy of the water column, and the concentrations of phytoplankton, zooplankton, detritus, phosphate (H3PO4), nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), ferrous iron (Fe2+), iron(III) hydroxide (Fe(OH)3(s)), and oxygen (O2) suspended within the water column. Turbulence is modelled using the k-e closure scheme as implemented by Gaspar et al. (1990) for oceanic environments. The RTM is used to demonstrate how it is possible to investigate limnological trophic states by considering the problem of eutrophication as an example. A phenomenological investigation of processes leading to and sustaining eutrophication is carried out. A new indexing system that identifies different trophic states, the so-called Self-Consistent Trophic State Index (SCTSI), is proposed. This index does not rely on empirical measurements that are then compared to existing tables for classifying limnological environments into particular trophic states, for example, the concentrations of certain species at certain depths to indicate the trophic state, as is commonly done in the literature. Rather, the index is calculated using dynamic properties of only the limnological environment being considered and examines how those properties affect the sustainability of the ecosystem. Specifically, the index is calculated from a ratio of light attenuation by the ecosystem’s primary biomass to that of total light attenuation by all particulate species and molecular scattering throughout the entire water column. The index is used to probe various simulated scenarios that are believed to be relevant to eutrophication: nutrient loading, nutrient limitation, overabundance of phytoplankton, solar-induced turbulence, and wind-induced turbulence.

Aquatic eutrophication is a serious global problem, associated with phytoplankton blooms, hypoxia, and loss of species. The objective of this thesis was to advance understanding of stream and lake eutrophication within Canterbury (South Island, New Zealand). I investigated three key questions: 1) How do riparian characteristics control stream trophic state, 2) how does stream trophic state in the Canterbury region compare to stream trophic state nationally and internationally, and 3) what factors control trophic state in Te Wairewa/Lake Forsyth. I measured rates of stream community metabolism in 21 Canterbury streams over a gradient of riparian canopy cover, and conducted a literature review of national and international studies of stream metabolism. I also examined the occurrence of cyanobacterial blooms in Te Wairewa in relation to water quality and weather from 17 years of measurements, and performed series of nutrient addition assays on the lake to assess nutrient limitation. I found that riparian characteristics strongly controlled stream trophic state by shading, thereby reducing photosynthetic productivity. This overwhelmed the effects of high nitrate concentrations, which increased primary production. Compared to national and international rates of stream metabolism, Canterbury streams were strongly heterotrophic, with low rates of autotrophic production. Catchment streams draining into Te Wairewa were unlikely to be the main source of nutrients supporting large cyanobacterial blooms. Instead, internal lake nutrient loading mechanisms associated with calm weather were likely to supply blooms. My results emphasize the importance of light limitation, nitrogen and heterotrophy in controlling stream trophic state, and nutrient supply and weather in controlling lake trophic state.

A 1D numerical reaction-transport model (RTM) that is a coupled system of partial differential equations is created to simulate prominent physical and biogeochemical processes and interactions in limnological environments. The prognostic variables considered are temperature, horizontal velocity, salinity, and turbulent kinetic energy of the water column, and the concentrations of phytoplankton, zooplankton, detritus, phosphate (H3PO4), nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), ferrous iron (Fe2+), iron(III) hydroxide (Fe(OH)3(s)), and oxygen (O2) suspended within the water column. Turbulence is modelled using the k-e closure scheme as implemented by Gaspar et al. (1990) for oceanic environments. The RTM is used to demonstrate how it is possible to investigate limnological trophic states by considering the problem of eutrophication as an example. A phenomenological investigation of processes leading to and sustaining eutrophication is carried out. A new indexing system that identifies different trophic states, the so-called Self-Consistent Trophic State Index (SCTSI), is proposed. This index does not rely on empirical measurements that are then compared to existing tables for classifying limnological environments into particular trophic states, for example, the concentrations of certain species at certain depths to indicate the trophic state, as is commonly done in the literature. Rather, the index is calculated using dynamic properties of only the limnological environment being considered and examines how those properties affect the sustainability of the ecosystem. Specifically, the index is calculated from a ratio of light attenuation by the ecosystem’s primary biomass to that of total light attenuation by all particulate species and molecular scattering throughout the entire water column. The index is used to probe various simulated scenarios that are believed to be relevant to eutrophication: nutrient loading, nutrient limitation, overabundance of phytoplankton, solar-induced turbulence, and wind-induced turbulence.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-18Bitstream added on 2014-06-13T20:24:18Z : No. of bitstreams: 1 zanini_hlht_dr_jabo.pdf: 552523 bytes, checksum: 7b99434ee5c2e8f1dad2de4cceb2b79a (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Foi avaliada a qualidade da água do Córrego Rico, utilizada para abastecimento da cidade de Jaboticabal, quanto aos aspectos limnológicos e microbiológicos, índice de qualidade de água (IQA) e o índice de estado trófico médio (IETm) em três pontos: nascente (CR1); após o lançamento do efluente da estação de tratamento de esgoto de Monte Alto e de uma granja de suínos (CR2) e na captação de água para abastecimento, à jusante da confluência com o Córrego Tijuco (CR3). As variáveis analisadas foram: pH, temperatura, oxigênio dissolvido, turbidez, nitrogênio total, fósforo total, ortofosfato, nitrato, nitrito, amônia, clorofila-a, DBO5, colifomes totais, E. coli, condutividade elétrica, sólidos suspensos totais e sólidos dissolvidos totais. As coletas foram realizadas quinzenalmente durante setembro de 2007 a agosto de 2008, envolvendo períodos de seca e chuva, concluindo-se: a) Com exceção da nascente, a água é de má qualidade em relação a aspectos microbiológicos, pois coliformes totais e E. coli ultrapassaram os limites exigidos para rios de classe 2, para a maioria dos meses de estiagem; b) As atividades agrícolas e urbanas no entorno do Córrego influenciaram negativamente na qualidade da água, alterando os parâmetros clorofila-a, DBO5, amônia, ortofosfato e fósforo total; c) Os valores médios de IQA nos três pontos apresentaram relação direta com os valores médios de IETm, porém ocorreu maior discriminação da qualidade da água pelo IETm, identificando diferentes graus de trofia para os pontos e períodos de amostragens; d) O IQA apresentou melhor diferenciação da qualidade da água entre pontos no período seco e o IETm diferenciou melhor no período chuvoso; e) A autodepuração e, ou a confluência do Córrego Tijuco com o Córrego Rico contribuem para melhor qualidade da água no ponto CR3, tornando-a adequada ao abastecimento urbano após tratamento convencional. / Water quality of Rico stream which supplies the town of Jaboticabal SP Brazil with fresh water has been evaluated with regard to limnological and microbiological aspects, water quality indexes (WQI) and trophic state index (TSI), at three sites. These comprise source site (CR1); a site after the release of effluent from the town of Monte Alto sewage treatment station and a pig farm (CR2); and a site downstream of the confluence with Tijuco Stream, at the water receiving-supply station (CR3). Temperature, pH, dissolved oxygen, turbidity, total nitrogen, total phosphorus, orthophosphate, nitrate, nitrite, ammonia, chlorophyll-a, DBO5, total coliform bacteria, Escherichia coli, conductivity, total suspended solids and total dissolved solids were the analyzed variables. Collection was undertaken fortnightly, from September 2007 to August 2008, during the dry and rainy seasons. Through the results it was concluded: a) Except for the source of the stream, the water is of poor quality for microbiological aspects, as Escherichia coli and total coliforms exceed the limits required for rivers of Class 2, for most months of drought; b) The urban and agricultural activities around the Rico Stream adversely affect water quality, changing the parameters chlorophyll-a, BOD5, ammonia, orthophosphate and total phosphorus; c) The average values of IQA of tree points showed a direct relationship with the average values of mTSI, but there was greater discrimination of water quality by mTSI, identifying different trophic degrees for points and periods of sampling; d) The WQI showed better differentiation between the quality of water for points in dry season and the mTSI showed better differentiation in rainy season; e) The natural depuration process and the confluence of Tijuco Stream contribute to better water quality in CR3 point, making it suitable for urban supply after conventional treatment.

WIEGAND, Mario Cesar. Eutrofização de açudes no semiárido: vulnerabilidade e biomanipulação. 2015. 144 f : Tese (doutorado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-08-08T12:50:54Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_mcwiegand.pdf: 6034718 bytes, checksum: 6cf2d5454be8ed60f64e12de8f40159c (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-08-08T12:51:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_mcwiegand.pdf: 6034718 bytes, checksum: 6cf2d5454be8ed60f64e12de8f40159c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-08T12:51:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_mcwiegand.pdf: 6034718 bytes, checksum: 6cf2d5454be8ed60f64e12de8f40159c (MD5) Previous issue date: 2015 / With the increasing water demand and the concern that the supply can not meet that consumption, it is increasingly necessary conserving the available water, in quantity and (especially) quality. This conservation is especially important in semi-arid regions such as the Brazilian Northeast (NEB), where water is scarce. The main causes of pollution (water waste) in smal reservoirs (in the semiarid) are: the animal presence on the reservoir margins, where they defecate and urinate; domestic wastewater (e.g. laundry water, water used in the household); removal of riparian vegetation, which protects reservoirs against silting and organic matter input; presence of outdoor trash; and use of agricultural inputs that contribute to the process of eutrophication. In turn, the main feature of eutrophication process is excess nutrients in water bodies, with considerable growth fluctuations and eventual death of algae and weeds. With the continuity of the process, there is the accumulation of dead matter in the deepest region of these environments, causing the increase in bacterial metabolism that causes the death of fish and other organisms by oxygen lack or reduction, plus the toxin production by blue-green algae, which are harmful to human health and to the biota at large. Therefore, studies that estimating the nutrient input become urgent. With such studies, strategies for the restoration of eutrophic reservoirs can be implemented. Among such strategies there is biomanipulation. Biomanipulation is a biological strategy based in the use of aquatic organisms (e.g. fish), to balance the aquatic ecosystem. Hypothesis: "Is it possible to treat an eutrophic reservoir using biomanipulation?” If so, what are the particularities of biomanipulating a reservoir the semiarid region, especially considering its rich ictiological diversity, with predominantly omnivorous fish population and where fish reproduction occurs throughout the year? Therefore, in order to answer these questions, this thesis was divided in two parts, the first comparing the state of eutrophication and its probable causes in two tropical reservoirs, one in wet climate (La Juventud, Cuba) and the other in semiarid climate (Marengo, Brazil). After estimating the trophic state of the two reservoirs in rainy and dry seasons, we evaluated the influence of hydrology and of land use on reservoir trophic level. It was found that the semi-arid tropical reservoir was eutrophic, while the reservoir on humid climate was mesotrophic. Considering that there is similar land use in the two basins and that, in the rainy season, the nutrient input in the wet basin is considerably higher than the nutrient input in the semiarid basin, the higher trophic state of the semi-arid basin is surprising. The variable that best explains this phenomenon is the water residence time, which directly influences the phosphorus residence time in the reservoir. The high water residence time in the semiarid basin reservoir (three times that of the reservoir in humid climate) is due as much to the low runoff coefficient (93 versus 595 mm per year in the reservoir in humid climate) as to the excessive water evaporation in the semiarid reservoir (1.2 times that of the reservoir in humid climate). These results indicate that semiarid reservoirs are more vulnerable to eutrophication than reservoirs in humid climate in summer periods and, therefore, the management of their basins should be more restrictive to nutrient production; as to the second part, it reflects the particularities of the biomanipulation issue. Thus, in experimental 2000L mesocosms, six treatments were outlined to evaluate the effects of two omnivorous species (Nile tilapia – Oreochromis niloticus and piaba – Astyanax bimaculatus) on eutrophic waters. It was also taken into account the sediment influence as a nutrient source for the eutrophication process. The treatments were: 1. Oreochromis niloticus without sediment; 2. Oreochromis niloticus with sediment; 3. Oreochromis niloticus plus Astyanax bimaculatus without sediment; 4. Oreochromis niloticus plus Astyanax bimaculatus with sediment; 5. Astyanax bimaculatus without sediment and; 6. Astyanax bimaculatus with sediment. Each test was conducted for 45 days. Water samples were taken every 15 days. Tests were performed for total phosphorus, orthophosphate, chlorophyll a and total nitrogen (TN being tested only at the beginning and at the end of each treatment). Testing for dissolved oxygen concentration, temperature, pH and Secchi transparency was done in situ. The sediment was tested for pH, ion content, nutrients (such as Ca2+, Mg2+, Al3+, iron and assimilable phosphorous) and particle size. In order to estimate the treatment water trophic level, the trophic state index (TSI) of Toledo Jr. et al. (1983) was applied. Differences between the TSI values were calculated acording to Carlson (1991). Also, the fish were tested for total phosphorus content. The results suggested that systems containing tilapia showed low efficiency in the recovery of eutrophic waters. The average TSI obtained in these tests showed that the water remained eutrophic. Treatments with piabas showed better efficiency in controlling eutrophication. The average TSI obtained in these tests showed that the water went from eutrophic to mesotrophic. However, the results found by TSI differences do not confirm if the piabas (Astyanax bimaculatus) were alone responsible for this. The same results could be also influenced by light and temperature. As to the total phosphorus content of specimens coming from treatments, tilapia showed higher bioaccumulation than that shown by piabas. However, the results were antagonic to those obtained from specimens taken directly from nature. In short, two omnivorous species were tested for their biomanipulation potential; the Oreochromis nilotucus, which, due to its behavior, proved to be an agent of water quality disruption and the Astyanax bimaculatus, which was shown as being potentially viable for future biomanipulation research. / Com o crescente aumento da demanda de água e a preocupação de que a oferta estabelecida não consiga suprir esse consumo, torna-se necessária a conservação da quantidade e, principalmente, da qualidade da água disponível, especialmente em regiões semiáridas como o Nordeste brasileiro (NEB), onde esse recurso é escasso. As principais causas da poluição da pequena açudagem no semiárido são: a presença de animais nas margens dos açudes, onde defecam e urinam; os efluentes domésticos (e.g. lavagem de roupas, águas utilizadas nas atividades domésticas); o desmatamento da mata ciliar, que protegeria os açudes contra o assoreamento e a entrada de matéria orgânica; a presença de lixo ao ar livre; e o uso de insumos agrícolas que contribuem para o processo de eutrofização. Por sua vez, a principal característica do processo de eutrofização é o excesso de nutrientes nos corpos d’água, apresentando grandes oscilações de crescimento e mortandade de algas e macrófitas. Através da continuidade do processo, há o acúmulo de matéria morta na região mais profunda desses ambientes, causando o aumento do metabolismo de bactérias que ocasiona a mortandade de peixes e outros organismos pela falta ou diminuição de oxigênio, acrescentando-se, ainda, o fato da produção de toxinas, por algas cianofíceas, ser prejudicial à biota e à saúde humana. Diante disso, estudos que estimem o aporte de nutrientes tornam-se impostergáveis para que, a partir daí, medidas que auxiliem na recuperação de reservatórios eutrofizados possam ser tomadas. Entre tais medidas há a biomanipulação. Esta é uma ferramenta biológica e o seu preceito basilar consiste na utilização de organismos aquáticos (e.g. peixes), no sentido de melhorar a qualidade do ecossistema aquático. Pergunta de Partida: É possível tratar um açude eutrofizado usando biomanipulação No caso afirmativo, quais as particularidades para um açude no semiárido, principalmente no que tange a sua ictiofauna a qual apresenta maior riqueza de espécies, estoques com dominância de peixes onívoros e onde a reprodução dos peixes ocorre durante todo o ano? Assim sendo, com o escopo de responder as aludidas questões a presente tese foi dividida em duas partes: a primeira compara o estado de eutrofização e suas prováveis causas em dois reservatórios tropicais, um em clima úmido (La Juventud, Cuba) e o outro em clima semiárido (Marengo, Brasil). Após estimar o estado trófico dos dois reservatórios nas estações chuvosa e seca, avaliou-se a influência hidrológica e de uso do solo sobre o grau de trofia dos lagos. Concluiu-se que o lago tropical semiárido encontrava-se eutrófico, enquanto que o lago úmido encontrava-se mesotrófico. Considerando-se que há similitude entre os usos do solo nas duas bacias e que, na estação chuvosa, o aporte de nutrientes na bacia úmida é consideravelmente superior ao da bacia semiárida, o maior estado trófico da bacia seca sur-preende. A variável que melhor explica esse fenômeno é o tempo de residência da água, que influencia diretamente o tempo de residência do fósforo no lago. O elevado tempo de residência da água na bacia semiárida (três vezes superior ao do lago úmido) deve-se tanto ao reduzido coeficiente de escoamento superficial (93 versus 595 mm anuais na bacia úmida) quanto à excessiva evaporação da água armazenada no reservatório seco (1,2 vezes superior à do reservatório úmido). Esses resultados indicam que lagos semiáridos são mais vulneráveis à eutrofização que lagos úmidos nos períodos de estio e que, portanto, o manejo de suas bacias deve ser mais restritivo à produção de nutrientes; consoante a segunda parte, essa retrata em particular a questão da biomanipulação. Nesse sentido, em mesocosmos experimentais de 2.000 L, foram delineados seis tratamentos para avaliar o efeito de duas espécies onívoras (tilápia do Nilo – Oreochromis niloticus e piaba – Astyanax bimaculatus) sobre águas eutróficas. Observou-se, ainda, a influência do sedimento como fonte de nutriente para o processo de eutrofização. Os tratamentos avaliados foram: 1. Oreochromis niloticus sem sedimento; 2. Oreochromis niloticus com sedimento; 3. Oreochromis niloticus + Astyanax bimaculatus sem sedimento; 4. Oreochromis niloticus + Astyanax bimaculatus com sedimento; 5. Astyanax bimaculatus sem sedimento e; 6. Astyanax bimaculatus com sedimento. Cada ensaio foi conduzidos por 45 dias. Coletas d’água foram realizadas a cada 15 dias. Foram feitas análises de fósforo total, ortofosfato, clorofila a e nitrogênio total, sendo este analisado somente no início e final de cada tratamento. As concentrações de oxigênio dissolvido, temperatura, pH e transparência de Secchi foram feitas in situ. No sedimento realizou-se análises de pH, concentração de íons e nutrientes tais como Ca2+, Mg2+, Al3+, ferro, fósforo assimilável e análise granulométrica. Para se estimar o grau de trofia da água dos tratamentos foi aplicado o índice de estado trófico (IET) de Toledo Jr. et al. (1983). Diferenças entre os IETs foram calculadas conforme Carlson (1991). Fez-se, ainda, a análise do teor de fósforo total nos peixes. Os resultados sugeriram que os sistemas que continham tilápias do Nilo apresentaram baixa eficiência na recuperação de águas eutrofizadas. O IET médio obtido nesses ensaios mostrou que a água manteve-se sempre eutrófica. Os tratamentos com piabas mostraram uma melhor eficiência no controle da eutrofização. O IET médio obtido nesses ensaios revelou que a água passou de eutrófica para mesotrófica, ao final dos mesmos. Contudo, os resultados encontrados pelas diferenças dos IETs não confirmam que as piabas foram sozinhas as principais responsáveis por esse fato. O mesmo pode ter sido influenciado, também, pela luz e pela temperatura. Quanto ao teor de fósforo total, para os espécimes advindos dos tratamentos, a tilápia apresentou bioacumulação superior ao encontrado nas piabas. Todavia, os resultados foram antagônicos para os espécimes oriundos diretamente da natureza. Em suma, foram avaliados aspectos da biomanipulação de duas espécies onívoras; o Oreochromis nilotucus que, em função de seu comportamento, revelou-se um agente perturbador da qualidade da água e o Astyanax bimaculatus, a qual se apresentou potencialmente viável para futuras pesquisas de biomanipulação.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3538.pdf: 2575731 bytes, checksum: 81f342e0f47a409ece06ea4f275b2885 (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / The influence of temporal and spatial gradients on the physical and chemical variables, phyto- and zooplanktonic communities were evaluated in two shallow urban reservoirs with different trophic state from Pernambuco State, Northeast Brazil. Monthly samples were taken during a complete hydrological cycle (March 2008 to February 2009), considering a point of study in the Prata reservoir and two points in the Apipucos reservoir, always between 08:30 and 11:00. Biological indexes for planktonic communities were used to understand better the effect of water quality conditions on biota. High levels of eutrophication were observed in the Apipucos reservoir. In the Prata oligotrophic reservoir, the pH was ever considered acid. The values reported for physical and chemical variables and chlorophyll a reflected the trophic state of each system. Higher values for richness, diversity, density and biomass of plankton communities were recorded in the Apipucos reservoir, especially for phytoplankton. However, phytoplankton evenness was higher in the Prata reservoir, while for zooplankton the values obtained in both reservoirs were very similar. Rainfall governed the temporal dynamics of the analyzed variables, and the seasonal variation exerted great influence, especially in the Apipucos reservoir. Aquatic macrophytes seeming to exert a prominent role in the ecological processes in the studied environments. In general, vertical homogeneity of water column was evidenced in both reservoirs, probably caused by the wind action. In Apipucos reservoir, the point 2 showing the higher phosphate nutrient levels and more severe deterioration conditions of water quality, in relation to point 1. Despite the low densities recorded for the toxic cyanobacteria species present in the Prata reservoir (Dolichospermum sp. Geitlerinema amphibium and Lyngbya spp.) it is highlighted the need for a periodic monitoring of population development of these organisms. It is suggested that the zooplankton community do not exerts significant grazing pressure on phytoplankton in both reservoirs, indicating the predominance of the bottom-up on the top-down effect in the control of planktonic populations. The biological indexes for planktonic communities were effectives in assessing water quality in both reservoirs, emphasizing the potencial of these organisms in the characterization of environmental conditions of aquatic systems. Overall, the hypotheses tested were confirmed, especially regarding the influence of trophic state on the physical and chemical variables, composition, diversity and structure of phytoand zooplankton. However, it is noteworthy that seasonality had greater influence in the Apipucos eutrophic reservoir, while in the Prata reservoir only few variables presenting a significative seasonal variation. / A influência dos gradientes temporal e espacial sobre as variáveis físicas, químicas e comunidades fito e zooplanctônicas foi avaliada em dois reservatórios urbanos rasos com diferentes graus de trofia, localizados no estado de Pernambuco, Nordeste do Brasil. Amostragens mensais foram realizadas durante um ciclo anual completo (março de 2008 a fevereiro de 2009), considerando um ponto de estudo no reservatório do Prata e dois no reservatório de Apipucos, sempre no horário entre 08h30 e 11h00. Índices biológicos para as comunidades planctônicas foram utilizados para um melhor entendimento do efeito das condições de qualidade da água sobre a biota. Elevados níveis de eutrofização foram observados no reservatório de Apipucos. No reservatório oligotrófico do Prata o pH foi sempre considerado ácido. Os valores registrados para as variáveis físicas e químicas e clorofila a refletiram as condições nutricionais de cada sistema. Foram registrados maiores valores para riqueza, diversidade, densidade e biomassa das comunidades planctônicas no reservatório eutrófico de Apipucos, principalmente para o fitoplâncton. Porém, a equitabilidade fitoplanctônica foi maior no reservatório do Prata, enquanto para o zooplâncton os valores obtidos em ambos os reservatórios foram bastante semelhantes. A precipitação pluviométrica regulou a dinâmica temporal das variáveis analisadas, tendo a variação sazonal exercido grande influência, principalmente no reservatório de Apipucos. As macrófitas aquáticas pareceram exercer papel destacado nos processos ecológicos nos ambientes estudados. Foi evidenciada, de forma geral, homogeneidade vertical da coluna d‟água em ambos os reservatórios, causada provavelmente pela ação dos ventos. No reservatório de Apipucos, o ponto 2 apresentou maiores níveis de nutrientes fosfatados e condições mais severas de deterioração da qualidade da água, em relação ao ponto 1. Apesar das reduzidas densidades registradas para as espécies de cianobactérias tóxicas presentes no reservatório do Prata (Dolichospermum sp., Geitlerinema amphibium e Lyngbya spp.), evidencia-se a necessidade de monitoramento periódico do desenvolvimento populacional destes organismos. Sugere-se que a comunidade zooplanctônica não exerce importante pressão de pastejamento sobre o fitoplâncton, em ambos os reservatórios, indicando predominância do efeito base-topo sobre o efeito topo-base no controle das populações planctônicas. Os índices biológicos para as comunidades planctônicas mostraram-se sensíveis na avaliação da qualidade da água em ambos os reservatórios, evidenciando o potencial desses organismos na caracterização das condições ambientais dos sistemas aquáticos. De forma geral, as hipóteses testadas foram confirmadas, principalmente quanto à influência do estado trófico sobre as variáveis físicas e químicas, composição, diversidade e estrutura das comunidades fito e zooplanctônicas. Porém, ressalta-se que a sazonalidade exerceu maior influência no reservatório de eutrófico de Apipucos, enquanto no reservatório do Prata poucas variáveis apresentaram variação sazonal significativa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The construction of several reservoirs to meet multiple uses has become essential to human societies. The Vacacaí Mirim s reservoir is used primarily for human supply, accounting for 40% of the Santa Maria water supply. The exam of this reservoir provides a fundamental basis for managing its water quality and its watershed. The objective of this research is to evaluate the variability of the water quality and the trophic status of the Vacacaí Mirim s reservoir. Eight field campaigns were performed between 2010 and 2011, and the water samples were taken at four distributed points along the reservoir and one point located upstream the main tributary river. On the reservoir s sampling points were collected samples from surface (S) and depth (P). The main water quality parameters evaluated were: Water Temperature, pH, Electrical Conductivity, Turbidity, DO, BOD5, COD, TSS, TDS, E. coli, Chlorophyll-a, Ammonium, Nitrite, Nitrate, Total Phosphorus. The trophic status was monitored considering the levels of phosphorus, chlorophyll-a and some biological indicators. The Vacacaí Mirim s reservoir presented a long period of thermal stability, being more or less consistent to the seasonal period, with full circulation only in winter, conferring its classification as warm monomictic. The concentration of most parameters analyzed varied more on a time level than a space level. The parameter that inspires greater concern is the number of E. coli, which in 16% of the time exceeds the limits for class 3 of CONAMA Resolution No. 357/05 making the water unsuitable for this purpose. The correlation analysis also showed strong relationship between some environmental hydrological variables with some parameters of quality. The seasonal variation of the values of the TSI and biological indicators, suggest the Vacacaí Mirim s reservoir as a mesotrophic ecosystem, sometimes tending to eutrophic, so showing an anthropogenic influence. It is suggested to the government, organizations and population, the proper attention to the degradation processes, being necessary the watershed land use control and ordination, the riparian vegetation reestablishment, as well as an adjustment on the effluents emission through appropriate treatment. / A construção de reservatórios visando atender usos múltiplos tornou-se essencial para as sociedades humanas. O reservatório do Vacacaí Mirim é utilizado primordialmente para abastecimento humano, sendo responsável por 40% do fornecimento de água para Santa Maria. O seu estudo proporciona uma base fundamental para o gerenciamento da qualidade de suas águas e de sua bacia hidrográfica. Assim, o objetivo desta pesquisa é avaliar a variabilidade da qualidade da água e do estado trófico do reservatório do Vacacaí Mirim. Foram realizadas oito campanhas de campo entre 2010 e 2011, sendo as coletas de água amostradas em quatro pontos distribuídos ao longo do reservatório e um ponto localizado à montante, no principal rio afluente. Nos pontos do reservatório foram coletadas amostras de superfície (S) e profundidade (P). Em laboratório, as características de qualidade da água foram avaliadas periodicamente, através dos parâmetros: temperatura da água, pH, condutividade elétrica, turbidez, OD, DBO5, DQO, SST, SDT, E. coli, Clorofila-a, Amônia, Nitrito, Nitrato, Fósforo Total e outros Íons. O estado trófico foi avaliado levando em consideração os teores de Fósforo, Clorofila-a e alguns indicadores biológicos. O reservatório do Vacacaí Mirim apresentou um longo período de estabilidade térmica, em maior ou menor grau coerentemente com o período sazonal, apresentando circulação completa somente no inverno, conferindo sua classificação como monomítico quente. As concentrações da maioria dos parâmetros analisados apresentaram maior variação a nível temporal que espacial. O parâmetro que inspira maior preocupação é o número de E. coli, que em 16% do tempo ultrapassa os limites estabelecidos para a classe 3 da Res. CONAMA N°357/05 tornando a água imprópria para este fim. As análises de correlação também mostraram forte relação entre algumas variáveis hidrológicas ambientais com alguns parâmetros de qualidade. A variação sazonal dos valores do IET e indicadores biológicos, sugerem o reservatório do Vacacaí Mirim como um ecossistema mesotrófico, tendendo algumas vezes à eutrofia, já evidenciando influência antropogênica. Sugere-se ao poder público, às organizações e à população, a devida atenção aos processos de degradação, sendo necessário o controle e a ordenação do uso do solo na bacia, o reestabelecimento da vegetação ripariana, bem como uma adequação nos lançamentos de efluentes através de um tratamento adequado.

Os diversos tipos de lançamentos de cargas poluidoras podem tornar a qualidade da água inadequada para os usos benéficos previstos. Entre as causas desta queda na qualidade da água, pode-se citar a eutrofização. O grau de trofia pode ser estimado através da utilização de índices, destacando-se o Índice do Estado Trófico desenvolvido por Carlson (1977) e o Índice do Estado Trófico desenvolvido por Carlson, modificado por Toledo et al. (1984). O presente estudo teve como principal objetivo analisar a variação espaço-temporal entre o período de 1980 a 2008, a fim de verificar o estado trófico das águas da Lagoa Rodrigo de Freitas (RJ) e do Complexo Lagunar de Jacarepaguá (RJ), através do uso destes índices. As variáveis utilizadas foram clorofila-a, transparência da água e fósforo total, e para o IETm, foi acrescido a variável ortofosfato dissolvido. Os resultados obtidos indicaram que tanto a Lagoa Rodrigo de Freitas, quanto o Complexo Lagunar de Jacarepaguá estão classificados como ambientes hipereutróficos no índice de Carlson e como eutróficos no índice modificado por Toledo. Entretanto, estes corpos dágua encontram-se em fases distintas. Para a Lagoa Rodrigo de Freitas, foi observada uma melhora na qualidade de suas águas nas últimas décadas, já para o Complexo Lagunar de Jacarepaguá, foi constatado uma piora significativa da qualidade de suas águas, principalmente nesta última década. A aplicação dos índices do estado trófico demonstrou-se uma ferramenta de avaliação do grau de trofia dos corpos dágua bastante prática, de fácil interpretação e divulgação dos dados obtidos a partir de um monitoramento sistemático / The presence of different pollutants affects the quality of water taking it inappropriate to expected uses. Eutrophication is a phenomenon that contributes to reduction of water quality. The trophic level of a water source can be estimated by the using of water quality index. In the present work were used the Trophic State Index developed by Carlson (1977) and the Trophic State Index developed by Carlson and modified by Toledo et al. (1984). It was developed a space-time variation study in form 1980 to 2008 in two lagoon metropolitan systems located in Rio de Janeiro: Lagoa Rodrigo de Freitas and Complexo de Lagoas de Jacarepaguá. The measured parameters were chlorophyll a, water transparency and total phosphorus to evaluate Carlson Index and in Toledo Index, total phosphorus was substituted by soluble phosphorus. The results showed that Lagoa Rodrigo de Freitas and Complexo de Lagoas de Jacarepaguá were classified as hypereutrophic environments according to Carlson and eutrophic environments, according Toledo, respectively. In the last decades, it was observed an improvement of water quality in Lagoa Rodrigo de Freitas, so the Complexo de Lagoas de Jacarepaguá showed a significant reduction in quality of water, mainly in the last decade. The use of Trophic State Index demonstrated be a important technical for eutrophication measure, providing easy results interpretation and divulgation by a systematic monitoring

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Com o crescente aumento da demanda de Ãgua e a preocupaÃÃo de que a oferta estabelecida nÃo consiga suprir esse consumo, torna-se necessÃria a conservaÃÃo da quantidade e, principalmente, da qualidade da Ãgua disponÃvel, especialmente em regiÃes semiÃridas como o Nordeste brasileiro (NEB), onde esse recurso à escasso. As principais causas da poluiÃÃo da pequena aÃudagem no semiÃrido sÃo: a presenÃa de animais nas margens dos aÃudes, onde defecam e urinam; os efluentes domÃsticos (e.g. lavagem de roupas, Ãguas utilizadas nas atividades domÃsticas); o desmatamento da mata ciliar, que protegeria os aÃudes contra o assoreamento e a entrada de matÃria orgÃnica; a presenÃa de lixo ao ar livre; e o uso de insumos agrÃcolas que contribuem para o processo de eutrofizaÃÃo. Por sua vez, a principal caracterÃstica do processo de eutrofizaÃÃo à o excesso de nutrientes nos corpos dâÃgua, apresentando grandes oscilaÃÃes de crescimento e mortandade de algas e macrÃfitas. AtravÃs da continuidade do processo, hà o acÃmulo de matÃria morta na regiÃo mais profunda desses ambientes, causando o aumento do metabolismo de bactÃrias que ocasiona a mortandade de peixes e outros organismos pela falta ou diminuiÃÃo de oxigÃnio, acrescentando-se, ainda, o fato da produÃÃo de toxinas, por algas cianofÃceas, ser prejudicial à biota e à saÃde humana. Diante disso, estudos que estimem o aporte de nutrientes tornam-se impostergÃveis para que, a partir daÃ, medidas que auxiliem na recuperaÃÃo de reservatÃrios eutrofizados possam ser tomadas. Entre tais medidas hà a biomanipulaÃÃo. Esta à uma ferramenta biolÃgica e o seu preceito basilar consiste na utilizaÃÃo de organismos aquÃticos (e.g. peixes), no sentido de melhorar a qualidade do ecossistema aquÃtico. Pergunta de Partida: à possÃvel tratar um aÃude eutrofizado usando biomanipulaÃÃo No caso afirmativo, quais as particularidades para um aÃude no semiÃrido, principalmente no que tange a sua ictiofauna a qual apresenta maior riqueza de espÃcies, estoques com dominÃncia de peixes onÃvoros e onde a reproduÃÃo dos peixes ocorre durante todo o ano? Assim sendo, com o escopo de responder as aludidas questÃes a presente tese foi dividida em duas partes: a primeira compara o estado de eutrofizaÃÃo e suas provÃveis causas em dois reservatÃrios tropicais, um em clima Ãmido (La Juventud, Cuba) e o outro em clima semiÃrido (Marengo, Brasil). ApÃs estimar o estado trÃfico dos dois reservatÃrios nas estaÃÃes chuvosa e seca, avaliou-se a influÃncia hidrolÃgica e de uso do solo sobre o grau de trofia dos lagos. Concluiu-se que o lago tropical semiÃrido encontrava-se eutrÃfico, enquanto que o lago Ãmido encontrava-se mesotrÃfico. Considerando-se que hà similitude entre os usos do solo nas duas bacias e que, na estaÃÃo chuvosa, o aporte de nutrientes na bacia Ãmida à consideravelmente superior ao da bacia semiÃrida, o maior estado trÃfico da bacia seca sur-preende. A variÃvel que melhor explica esse fenÃmeno à o tempo de residÃncia da Ãgua, que influencia diretamente o tempo de residÃncia do fÃsforo no lago. O elevado tempo de residÃncia da Ãgua na bacia semiÃrida (trÃs vezes superior ao do lago Ãmido) deve-se tanto ao reduzido coeficiente de escoamento superficial (93 versus 595 mm anuais na bacia Ãmida) quanto à excessiva evaporaÃÃo da Ãgua armazenada no reservatÃrio seco (1,2 vezes superior à do reservatÃrio Ãmido). Esses resultados indicam que lagos semiÃridos sÃo mais vulnerÃveis à eutrofizaÃÃo que lagos Ãmidos nos perÃodos de estio e que, portanto, o manejo de suas bacias deve ser mais restritivo à produÃÃo de nutrientes; consoante a segunda parte, essa retrata em particular a questÃo da biomanipulaÃÃo. Nesse sentido, em mesocosmos experimentais de 2.000 L, foram delineados seis tratamentos para avaliar o efeito de duas espÃcies onÃvoras (tilÃpia do Nilo â Oreochromis niloticus e piaba â Astyanax bimaculatus) sobre Ãguas eutrÃficas. Observou-se, ainda, a influÃncia do sedimento como fonte de nutriente para o processo de eutrofizaÃÃo. Os tratamentos avaliados foram: 1. Oreochromis niloticus sem sedimento; 2. Oreochromis niloticus com sedimento; 3. Oreochromis niloticus + Astyanax bimaculatus sem sedimento; 4. Oreochromis niloticus + Astyanax bimaculatus com sedimento; 5. Astyanax bimaculatus sem sedimento e; 6. Astyanax bimaculatus com sedimento. Cada ensaio foi conduzidos por 45 dias. Coletas dâÃgua foram realizadas a cada 15 dias. Foram feitas anÃlises de fÃsforo total, ortofosfato, clorofila a e nitrogÃnio total, sendo este analisado somente no inÃcio e final de cada tratamento. As concentraÃÃes de oxigÃnio dissolvido, temperatura, pH e transparÃncia de Secchi foram feitas in situ. No sedimento realizou-se anÃlises de pH, concentraÃÃo de Ãons e nutrientes tais como Ca2+, Mg2+, Al3+, ferro, fÃsforo assimilÃvel e anÃlise granulomÃtrica. Para se estimar o grau de trofia da Ãgua dos tratamentos foi aplicado o Ãndice de estado trÃfico (IET) de Toledo Jr. et al. (1983). DiferenÃas entre os IETs foram calculadas conforme Carlson (1991). Fez-se, ainda, a anÃlise do teor de fÃsforo total nos peixes. Os resultados sugeriram que os sistemas que continham tilÃpias do Nilo apresentaram baixa eficiÃncia na recuperaÃÃo de Ãguas eutrofizadas. O IET mÃdio obtido nesses ensaios mostrou que a Ãgua manteve-se sempre eutrÃfica. Os tratamentos com piabas mostraram uma melhor eficiÃncia no controle da eutrofizaÃÃo. O IET mÃdio obtido nesses ensaios revelou que a Ãgua passou de eutrÃfica para mesotrÃfica, ao final dos mesmos. Contudo, os resultados encontrados pelas diferenÃas dos IETs nÃo confirmam que as piabas foram sozinhas as principais responsÃveis por esse fato. O mesmo pode ter sido influenciado, tambÃm, pela luz e pela temperatura. Quanto ao teor de fÃsforo total, para os espÃcimes advindos dos tratamentos, a tilÃpia apresentou bioacumulaÃÃo superior ao encontrado nas piabas. Todavia, os resultados foram antagÃnicos para os espÃcimes oriundos diretamente da natureza. Em suma, foram avaliados aspectos da biomanipulaÃÃo de duas espÃcies onÃvoras; o Oreochromis nilotucus que, em funÃÃo de seu comportamento, revelou-se um agente perturbador da qualidade da Ãgua e o Astyanax bimaculatus, a qual se apresentou potencialmente viÃvel para futuras pesquisas de biomanipulaÃÃo. / With the increasing water demand and the concern that the supply can not meet that consumption, it is increasingly necessary conserving the available water, in quantity and (especially) quality. This conservation is especially important in semi-arid regions such as the Brazilian Northeast (NEB), where water is scarce. The main causes of pollution (water waste) in smal reservoirs (in the semiarid) are: the animal presence on the reservoir margins, where they defecate and urinate; domestic wastewater (e.g. laundry water, water used in the household); removal of riparian vegetation, which protects reservoirs against silting and organic matter input; presence of outdoor trash; and use of agricultural inputs that contribute to the process of eutrophication. In turn, the main feature of eutrophication process is excess nutrients in water bodies, with considerable growth fluctuations and eventual death of algae and weeds. With the continuity of the process, there is the accumulation of dead matter in the deepest region of these environments, causing the increase in bacterial metabolism that causes the death of fish and other organisms by oxygen lack or reduction, plus the toxin production by blue-green algae, which are harmful to human health and to the biota at large. Therefore, studies that estimating the nutrient input become urgent. With such studies, strategies for the restoration of eutrophic reservoirs can be implemented. Among such strategies there is biomanipulation. Biomanipulation is a biological strategy based in the use of aquatic organisms (e.g. fish), to balance the aquatic ecosystem. Hypothesis: "Is it possible to treat an eutrophic reservoir using biomanipulation?â If so, what are the particularities of biomanipulating a reservoir the semiarid region, especially considering its rich ictiological diversity, with predominantly omnivorous fish population and where fish reproduction occurs throughout the year? Therefore, in order to answer these questions, this thesis was divided in two parts, the first comparing the state of eutrophication and its probable causes in two tropical reservoirs, one in wet climate (La Juventud, Cuba) and the other in semiarid climate (Marengo, Brazil). After estimating the trophic state of the two reservoirs in rainy and dry seasons, we evaluated the influence of hydrology and of land use on reservoir trophic level. It was found that the semi-arid tropical reservoir was eutrophic, while the reservoir on humid climate was mesotrophic. Considering that there is similar land use in the two basins and that, in the rainy season, the nutrient input in the wet basin is considerably higher than the nutrient input in the semiarid basin, the higher trophic state of the semi-arid basin is surprising. The variable that best explains this phenomenon is the water residence time, which directly influences the phosphorus residence time in the reservoir. The high water residence time in the semiarid basin reservoir (three times that of the reservoir in humid climate) is due as much to the low runoff coefficient (93 versus 595 mm per year in the reservoir in humid climate) as to the excessive water evaporation in the semiarid reservoir (1.2 times that of the reservoir in humid climate). These results indicate that semiarid reservoirs are more vulnerable to eutrophication than reservoirs in humid climate in summer periods and, therefore, the management of their basins should be more restrictive to nutrient production; as to the second part, it reflects the particularities of the biomanipulation issue. Thus, in experimental 2000L mesocosms, six treatments were outlined to evaluate the effects of two omnivorous species (Nile tilapia â Oreochromis niloticus and piaba â Astyanax bimaculatus) on eutrophic waters. It was also taken into account the sediment influence as a nutrient source for the eutrophication process. The treatments were: 1. Oreochromis niloticus without sediment; 2. Oreochromis niloticus with sediment; 3. Oreochromis niloticus plus Astyanax bimaculatus without sediment; 4. Oreochromis niloticus plus Astyanax bimaculatus with sediment; 5. Astyanax bimaculatus without sediment and; 6. Astyanax bimaculatus with sediment. Each test was conducted for 45 days. Water samples were taken every 15 days. Tests were performed for total phosphorus, orthophosphate, chlorophyll a and total nitrogen (TN being tested only at the beginning and at the end of each treatment). Testing for dissolved oxygen concentration, temperature, pH and Secchi transparency was done in situ. The sediment was tested for pH, ion content, nutrients (such as Ca2+, Mg2+, Al3+, iron and assimilable phosphorous) and particle size. In order to estimate the treatment water trophic level, the trophic state index (TSI) of Toledo Jr. et al. (1983) was applied. Differences between the TSI values were calculated acording to Carlson (1991). Also, the fish were tested for total phosphorus content. The results suggested that systems containing tilapia showed low efficiency in the recovery of eutrophic waters. The average TSI obtained in these tests showed that the water remained eutrophic. Treatments with piabas showed better efficiency in controlling eutrophication. The average TSI obtained in these tests showed that the water went from eutrophic to mesotrophic. However, the results found by TSI differences do not confirm if the piabas (Astyanax bimaculatus) were alone responsible for this. The same results could be also influenced by light and temperature. As to the total phosphorus content of specimens coming from treatments, tilapia showed higher bioaccumulation than that shown by piabas. However, the results were antagonic to those obtained from specimens taken directly from nature. In short, two omnivorous species were tested for their biomanipulation potential; the Oreochromis nilotucus, which, due to its behavior, proved to be an agent of water quality disruption and the Astyanax bimaculatus, which was shown as being potentially viable for future biomanipulation research.