O Complexo Lagunar de Jacarepaguá, localizado no município do Rio de Janeiro, região sudeste do Brasil, é formado pelas lagunas de Jacarepaguá, Camorim, Tijuca e Marapendi. Estas lagunas estão interligadas ao mar pelo canal da Joatinga e têm como afluentes rios e canais que vertem dos maciços da Tijuca e da Pedra Branca. Recebem esgotos sanitários e efluentes industriais, além de contribuições difusas de águas de drenagem e circulação das massas de águas de várias origens, com elevada carga de poluição. A eutrofização cultural aliada aos processos de evolução de ecossistemas costeiros produziu um estado de degradação destas águas com constantes florações de cianobactérias potencialmente tóxicas. O presente estudo tem como objetivo avaliar a ocorrência das cianobactérias (Classe Cyanophyceae) no Complexo Lagunar de Jacarepaguá e corroborar a hipótese de serem boas indicadoras de qualidade ambiental de águas salobras. Foi realizado um monitoramento ambiental nas lagunas de Jacarepaguá, Camorim, Tijuca e Marapendi, nos anos de 2004 a 2006, sendo analisados parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os resultados obtidos demonstraram a dominância e a persistência das cianobactérias em elevadas concentrações de nutrientes, caracterizando a hipereutrofização dessas lagunas. As estratégias ecológicas das cianobactérias garantiram sua dominância em quase todo o período amostral e demonstraram ser um refinado sensor das variáveis ambientais. A salinidade não foi um fator de limitação ao desenvolvimento desses microorganismos. Desta forma, este estudo, oferece subsídios para gestão de recursos hídricos, corroborando com a legislação CONAMA 357/05-MMA, na sugestão de indicação deste parâmetro de qualidade ambiental também para ambientes salobros na classe 1. / The Jacarepaguá Lagoon Complex, located in the state of the Rio of Janeiro, in Southeast of Brazil, is formed by the lagoons of Jacarepaguá, Camorim, Tijuca and Marapendi. These lagoons are interconnected to the sea by the Joatinga canal and receive contribution from tributary rivers and channels that come from Tijuca and Pedra Branca massifs. They receive industrial and domestic effluents, including diffuse contributions of the drainage basin, as well as water circulation from several origins, with a high pollution load. The cultural eutrophication associated with coastal ecosystems evolution processes, have produced a state of degradation of these waters with frequent waterblooms of potentially toxic cyanobacteria. The objective of the present study is to evaluate the presence of Cyanobacteria (Class Cyanophyceae) in the Jacarepaguá Lagoon Complex and also to corroborate the hypothesis of using them as a good bioindicators of environmental quality in brackish waters. An environmental monitoring program has been carried out in the lagoons of Jacarepaguá, Camorim, Tijuca and Marapendi from 2004 to 2006, including physical, chemical and biological parameters analysis. The results showed the dominance and persistence of Cyanobacteria at high concentrations of nutrients, characterizing the hypereutrofication of these lagoons. The ecological strategies of Cyanobacteria were responsible for their dominance in almost the whole period of study and demonstrated that they can be used as a good sensor of environmental variables. The salinity did not demonstrate to be a limiting factor to the development of these microorganisms. In this way, this study provides subsidies for water resources management, corroborating with Brazilian legislation (CONAMA 357/05- MMA) suggesting the inclusion of Cyanobacteria as a parameter of environmental quality in brackish environments classified as Class 1.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2644.pdf: 2638689 bytes, checksum: cf5e650350ebbc1f284f3a7128a098e4 (MD5) Previous issue date: 2009-08-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this work was to study the phytoplankton structure of lentic and lotic systems of Tietê/Jacaré basin located in São Paulo State and the relationship between the composition and dominance of phytoplankton organisms with the water quality and trophic state of the rivers and lakes of this basin. The Tietê/Jacare basin is composed by three main rivers: middle Tietê, Jacaré Guaçu and Jacaré Pepira rivers with their sub basins: Jacaré Guaçu, Jacaré Pepira, middle river Tietê, Bauru and Jau river sub basin. Two lentic systems located in the middle Tietê are Bariri (UHE Alvaro de Souza Lima) and Ibitinga reservoirs, and Broa reservoir (UHE Carlos Botelho) in Jacare Guaçu sub basin. The limnological variables which are responsible by the water quality and its trophic state index were analysed in the two periods of the year dry and wet seasons. They were measured pH, temperature, dissolved oxygen, oxide-reduction potential, total dissolved solids, electric conductivity, alkalinity, hardness, water transparency, total particulate phosphorous, total dissolved phosphate, total inorganic phosphate, silicate, total suspended solids, total nitrogen, ionic components (fluoride, chloride, nitrite, bromide, nitrate, sulfate, ammonium, potassium, magnesium and calcium), dissolved and particulate organic carbon, dissolved inorganic carbon, chlorophyll a. Regarding phytoplankton community, the identification was made at the genus level, and the richness, diversity index equitability and dominance were analyzed to establish the relation between trophic state and the dominance of different phytoplankton classes as well as the richness and diversity of organisms both in lentic and in lotic ecosystems. Also short term variation of physical and chemical variables promoted by the cold fronts was studied in the Bariri reservoir to verify the occurrence of thermal stratification and destraification that affect the composition structure of phytoplankton and its spatial distribution. / Este trabalho teve como objetivo estudar a estrutura fitoplanctônica dos sistemas lênticos e lóticos da bacia do Tietê/Jacaré, localizada no estado de São Paulo, quanto à composição e dominância dos organismos fitoplanctônicos com a qualidade e estado trófico dos rios e lagos desta bacia. A bacia do Tietê/Jacaré é composta por três rios principais: médio Tietê, Jacaré Guaçú e Jacaré Pepira, Essa bacia é composta por cinco sub bacias: Jacaré Guaçú, Jacaré Pepira, Médio Tietê, Bauru e Jaú. Foram estudados três sistemas lênticos, o reservatório do Broa (UHE Carlos Botelho) localizado na sub-bacia Jacaré Guaçú e os reservatórios de Bariri (UHE Álvaro de Souza Lima) e Ibitinga, localizados na sub-bacia do médio Tietê. As variáveis limnológicas responsáveis pela qualidade da água e pelos índices do estado trófico foram analisadas em dois períodos do ano: estação seca e chuvosa. Foram medidas as seguintes variáveis: pH, temperatura, oxigênio dissolvido, potencial de oxido redução, sólidos totais suspensos, condutividade, alcalinidade, dureza, transparência da água, fósforo total particulado, fosfato total dissolvido, fosfato inorgânico dissolvido, silicato, material em suspensão total, nitrogênio total, compostos iônicos (fluoreto, cloreto, nitrito, brometo, nitrato, sulfato, amônio, potássio, magnésio, e cálcio), carbono orgânico dissolvido e particulado, e carbono inorgânico dissolvido, clorofila a. A comunidade fitoplanctônica foi identificada a nível de gêneros e riqueza, diversidade, equitabilidade e dominância, foram analisadas. Relação entre estado trófico dos sistemas e dominância das classes fitoplanctônicas foi analisada tanto nos ecossistemas lênticos como nos lóticos. Além disso, variações de curto prazo nas variáveis físicas e químicas promovidas por frentes frias foram estudadas no reservatório de Bariri para verificar a ocorrência e dispersão de estratificação térmica na coluna d água que pudessem afetar a composição e estrutura do fitoplâncton e sua distribuição espacial.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:13:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elaine C Rodrigues Bartozek.pdf: 1985797 bytes, checksum: a358025d50258b7eaddead48b3a3dc40 (MD5) Previous issue date: 2012-06-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In Brazil, hydroelectric powerplant reservoirs are used for multiple purposes, among them, fish farming in net cages. The present study aimed to evaluate spacial and temporal variations of the abiotic variables, nutrients concentration, trophic state and composition and structure of the phytoplankton community in an arm of Salto Caxias reservoir influenced by experimental fish cultivation in net cages. Samples were bimontly betweem September 2010 and July 2011 at the subsurface of the pelagic zone in four sampling stations, been two of them placed in the arm influenced by the cultivation of 30 net cages and the other two in the cagaless arm. No significant differences were observed for composition, diversity, density and phytoplankton biomass between the treatments. The results of the analisys performed showed only seasonal variations, separating the dry from the rainy period. The values of species richness and Shannon diversity were low during the entire study period. Evenness was high in the dry period and low in the rainy period. Both arms were classified as oligotrophic, possible demonstrating low influence of the net cages in the environment. Phytoplankton density and biomass were higher during the rainy period. The dry period was represented mainly for Bacillariophyceae taxa and the rainy period by Cyanobacteria and Chlorophyceae. Two functional groups (FG) were observed (FG F and K), both of them typical from shallow environments with high transparency water. Variations in the phytoplakton structure seem to have been influenced mainly by the seazonality. The effects of the net cages in the nutrients concentration and phytoplankton structure were probably low, possibly due to the low number of net cages and fishes emploied and environment dinamics, influenced by the inflows of the upstream rivers. / No Brasil, reservatórios de usinas hidrelétricas são utilizados para múltiplas propostas, entre elas, o cultivo de peixes em tanques-rede. O presente estudo objetivou avaliar as variações espaciais e temporais das variávies abióticas, concentração de nutrientes, estado trófico e da composição e estrutura da comunidade fitoplanctônica em um braço do reservatório de Salto Caxias influenciado pelo cultivo experimental de peixes em tanques-rede. Foram realizadas amostragens bimestrais, entre setembro de 2010 e julho de 2011, à subsuperfície da zona pelágica, em quatro estações de amostragem, sendo duas localizadas em um braço influenciado pelo cultivo em 30 tanques-rede e duas em um braço não influenciado. Não foram registradas diferenças significativas para a composição, diversidade, densidade e biomassa fitoplanctônica entre os tratamentos utilizados. Os resultados das análises realizadas evidenciaram apenas variações sazonais, separando o período seco do período chuvoso. Os valores de riqueza de espécies e diversidade de Shannon foram baixos durante todo o período de estudo. A equitabilidade foi elevada no período seco e baixa no período chuvoso. Ambos os braços foram classificados como oligotróficos, demonstrando possivelmente baixa influência dos tanques-rede sobre o ambiente. A densidade e biomassa fitoplanctônica foram maiores durante o período chuvoso. O período seco foi representado principalmente por táxons de Bacillariophyceae e o período chuvoso por Cyanobacteria e Chlorophyceae. Dois grupos funcionais (GF) fitoplanctônicos foram observados (GF F e K), ambos característicos de ambientes rasos e com elevada transparência da água. As variações da estrutura fitoplanctônica parecem ter sido influenciadas principalmente pela sazonalidade. Os efeitos dos tanques-rede sobre a concentração de nutrientes e estrutura da comunidade fitoplanctônica parecem ter sido pouco significativos, possivelmente devido ao pequeno número de tanques-rede e peixes utilizados e a hidrodinâmica dos ambientes estudados, influenciados pelos influxos dos rios à montante.