Tropical regions hold the planet´s most biodiverse ecosystems. Despite its importance to biodiversity and conservation, anthropogenic activities are degrading these ecosystems, with unknown consequences for its functioning and structure. In between the several ecosystems through the tropics, freshwater ecosystems call attention, due to its small fraction of area comparing to terrestrial ecosystems, that represent an enormous importance for human surviving and developing. Headwater streams constitute the majority of water bodies in a catchment, and therefore, it is essential for the health of the entire freshwater ecosystems. Several headwater streams are inserted in agricultural lands, suffering from the pressures from agricultural intensification. Therefore, this thesis was developed aiming to understand what are the main pressures that tropical headwater streams has been suffering, worldwide and locally in the Corumbataí river basin. The first chapter will contribute to understanding what are the main issues that tropical streams have been experiencing, focusing on agricultural multiple stressors and climate change effects. The second chapter analyzes how the conversion of low-intensity pasturelands to high-intensity bioenergy crops changes the water quality parameters in streams located in the Corumbataí river basin and also examines how important are the riparian forests in the headwater zone to provide better water quality in bioenergy crops. The third chapter investigates how water quality and climatic characteristics affect benthic biofilm community dynamics in tropical headwater streams in the Corumbataí river basin. The results have shown the existence of several knowledge gaps about tropical streams, mainly related to the effects of climate change, multiple stressors and the lack of policies and mitigation strategies for climate change. In relation to water quality, we found that the conversion of low-intensity pastures to high-intensity bioenergy crops are degrading water quality. Riparian forests in the springhead zone have demonstrated to be essential in providing water quality in bioenergy crops, especially in the wet season. The benthic biofilm community seems to be controlled mainly by climate characteristics and not by nutrient availability as observed in temperate streams. Therefore, a climate change scenario, the benthic biofilm will be strongly affected, with consequences in the functioning of tropical headwater streams. To reduce the negative impacts of intensive agriculture and climate change, we recommend the implementation of riparian forests, with special attention to the springhead area and also the implementation of best agricultural practices in tropical agriculture to ensure the sustainability of tropical freshwater resources. / As regiões tropicais possuem os ecossistemas mais biodiversos do planeta. Apesar da sua importância na manutenção da biodiversidade, as atividades antrópicas estão degradando esses ecossistemas, gerando consequências negativas para sua estrutura e funcionamento. Entre os diversos ecossistemas tropicais, as águas doces chamam a atenção por ocupar uma pequena área em comparação com ecossistemas terrestres, porém, representam grande importância para a sobrevivência e desenvolvimento humano. Os riachos de cabeceira representam a maior parte dos corpos aquáticos em uma microbacia e, portanto, sua conservação é essencial para a saúde de toda a rede de drenagem de água doce. Diversos riachos de cabeceira estão inseridos em ecossistemas agrícolas, sofrendo as consequências da agricultura intensiva. Nesse sentido, esta tese foi desenvolvida com o intuito de entender quais são os principais impactos que os riachos de cabeceira tropicais vêm sofrendo, globalmente e localmente na bacia do rio Corumbataí (SP, Brasil). O primeiro capítulo contribui para entender quais os principais problemas que riachos tropicas estão sofrendo, focando nos múltiplos estressores advindos da agricultura e efeitos de mudanças climáticas. O segundo capítulo analisa como a conversão de pastos para cultivo de cana de açúcar modifica a qualidade da água em riachos da bacia do rio Corumbataí e também analisa o quão fundamentais são as florestas nas áreas de nascente para manter a qualidade da água em plantios de cana de açúcar. O terceiro capítulo analisa como a qualidade da água e características climáticas influenciam biofilmes bentônicos em riachos de cabeceira na bacia do rio Corumbataí. Os resultados demonstraram a existência de diversos tópicos que necessitam de maior entendimento, principalmente relacionados às mudanças climáticas e estressores múltiplos e a falta de políticas e estratégias de mitigação para os efeitos de mudanças climáticas. Em relação à qualidade da água, demonstrou-se que a conversão de pastos para cultivo de cana de açúcar reduz a qualidade da água. A presença de florestas nas nascentes demonstrou ser essencial na manutenção da qualidade da água em plantios de cana. Os biofilmes bentônicos demonstraram ser controlados principalmente por características sazonais e não pela disponibilidade de nutrientes como observado em riachos temperados. Portanto, essa comunidade será severamente afetada diante das mudanças climáticas, com consequências no funcionamento de riachos de cabeceira tropicais. Para reduzir os efeitos negativos da agricultura intensiva e das mudanças climáticas, recomenda-se a implementação de florestas ripárias, com especial atenção às áreas de nascentes. Também se recomenda a implementação de boas práticas agrícolas na agricultura para garantir a sustentabilidade dos recursos hídricos tropicais.

The freshwater crab Trichodactylus petropolitanus (Göldi, 1886), is an endemic Brazilian species with occurrence in the States of Minas Gerais, Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná and Santa Catarina, being its distribution widely coincident with the domain of the almost extinct Mata Atlântica forest. Besides its importance in the trofic web of lotic systems (rivers and streams), few is known on the Brazilian freshwater crabs biology. Knowing of basic requirements of fauna and the specific traits of each system and microhabitat can generate subsides for the establishment of management plans and environmental monitoring. On this way, the present study aim to generate information on the population biology aspects and about the microhabitat inhabiting by T. petropolitanus in a little stream (231037S e 454128W) localized in a farmland at Caçapava city, SP. Monthly samples were carried out from February 2003 to January 2004 during day time. The crabs were found associated to boundary vegetation of the stream, principally, among the Hedychium coronarium rhizomes, an aquatic macrophyte considered an alien and invasive of degraded environments. Some biological aspects of these crabs were detected in the present work as differential behavior (younger individuals are more actives during day time), differential growth rate between males and females being that males reach the sexual maturity in smaller size (15┤18mm carapace width) than females (> 21mm CW). Highest abundance of the species were observed in the warmer and rainner months of the year, period that could be concentrate the reproductive activities due to large availability of water and wetlands in the area. As conclusion of this work, could be say that the population of T. petropolitanus on the study area presents in equilibrium and the alien and invasive macrophytes could be serving as ecological tool to the biodiversity maintenance of streams and rivers, contributing to the establishment of new niches. / O caranguejo de água doce Trichodactylus petropolitanus (Göldi, 1886), é uma espécie endêmica do Brasil com ocorrência nos Estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná e Santa Catarina, sendo que sua distribuição coincide amplamente com os domínios da quase extinta Mata Atlântica. Apesar de sua importância na cadeia trófica de sistemas lóticos (rios e riachos), pouco se conhece sobre a biologia dos caranguejos de água doce no Brasil. O conhecimento das necessidades básicas da fauna e as características peculiares de cada sistema e microhabitat ocupado podem gerar subsídios para o estabelecimento de planos de manejo e monitoramento ambiental. Dessa forma, o presente trabalho visa gerar informações sobre aspectos da biologia populacional e sobre o microhabitat ocupado por esta espécie em um pequeno riacho (231037S e 454128W), localizado em zona rural do município de Caçapava, SP. Coletas mensais foram realizadas de fevereiro de 2003 a janeiro de 2004 no período diurno. Estes caranguejos foram encontrados junto à vegetação marginal do córrego, principalmente entre os rizomas de Hedychium coronarium (lírio-do-brejo), uma macrófita aquática introduzida e considerada invasora de ambientes degradados. No presente trabalho foi detectado alguns aspectos da biologia destes caranguejos como: comportamento diferencial (jovens são mais ativos durante o dia), taxas de crescimento diferencial entre os sexos, sendo que machos alcançam a maturidade sexual (15┤18mm LC) em tamanhos menores que as fêmeas (> 21mm LC). Maior abundância da espécie foi observada nos meses mais quentes e chuvosos do ano, período em que pode estar concentrada as atividades reprodutivas devido à maior disponibilidade de água e áreas alagadas junto ao córrego. Como conclusão do presente trabalho, pode-se dizer que a população de T. petropolitanus apresenta-se estável no local de estudo e as macrófitas aquáticas parecem estar servindo de ferramenta ecológica para a manutenção da biodiversidade de rios e riachos, contribuindo para o estabelecimento de novos nichos.

Os riachos em trechos de cabeceira são fontes importantes de água, sedimento e biota, apresentam baixa produtividade primária autóctone e são fortemente influenciados pela vegetação ripária, pois nesses trechos, a energia básica para sustentação das comunidades é proveniente do input de matéria orgânica particulada alóctone. Portanto, o desmatamento e o uso inadequado do solo afetam negativamente as condições dos riachos, o que é considerado umas das principais causas de degradação ambiental em países em desenvolvimento. Uma avaliação rápida da qualidade do habitat físico pode prover uma idéia geral das condições dos riachos e detectar alterações antrópicas de maneira rápida, fácil e de baixo custo. A combinação desta ferramenta com a avaliação de outros fatores físicos, químicos e biológicos, especialmente, a composição das assembléias de macroinvertebrados bentônicos, é essencial para o desenvolvimento de estratégias de monitoramento nesses ecossistemas. O objetivo geral do presente estudo foi identificar as principais alterações antrópicas sobre os riachos da APA Embu Verde e selecionar aqueles que apresentaram melhores condições de habitat para a fauna bentônica, a fim de conhecer a composição dessas assembléias e sua relação com o habitat. Para atender os objetivos, primeiramente foram avaliados 23 sítios amostrais, por meio de um Protocolo de Avaliação de Habitat e algumas variáveis relevantes. A partir daí, foram selecionados 4 riachos com base, prioritariamente, na semelhança das características do entorno, pequena variação no nível de degradação ambiental e potencialidade de oferta de habitats para os macroinvertebrados. Procedeu-se, então, à avaliação da vegetação ripária, do canal dos riachos e dos tipos de substratos para melhor compreensão da relação dos macroinvertebrados com o meio físico. A principal alteração antrópica na APA Embu Verde é o desmatamento da vegetação ripária natural, sendo evidenciados indícios de efeitos negativos sobre os riachos, como erosão nas margens e deposição de sedimentos finos. As variáveis que melhor explicaram a variação da fauna estão relacionadas ao porte do riacho, energia cinética de suas águas e aos tipos de substrato. Este último foi determinante para a composição das assembléias de macroinvertebrados bentônicos, pois estas variaram mais entre os tipos de substratos do que entre os sítios amostrais. A família Chironomidae foi dominante em todos os sítios e tipos de substratos. A diversidade e riqueza de família aumentaram com a estabilidade dos substratos inorgânicos / Headwater streams are relevant suppliers of water, sediment, and biota. They support low autochthonous primary productivity and suffer strong influence from riparian vegetation as in these streams the basic energy for communities maintenance has its origin in the allochthonous particulate organic matter. Hence, deforestation and inadequate soil use negatively affect stream conditions, being among the main causes of environmental degradation in developing nations. A rapid assessment of the physical habitat quality can provide a general idea about stream conditions and detect anthropic changes in a rapid, easy and low cost manner. The combination of this tool with the assessment of other physical, chemical and biological features, especially the benthic macroinvertebrate assemblage composition, is essential to the development of monitoring strategies in those ecosystems. The general aim of this study was to identify the main anthropic changes on streams of Environmental Protection Area Embu Verde and to select those with better habitat conditions for benthic fauna. So it would be possible to know the assemblages composition and its relation with the habitat. First we evaluated 23 sampling sites using a Habitat Assessment Protocol and some relevant variables. Therewith we selected four streams, grounded primarily on the similarity of the surroundings features, little variation on the environmental degradation level and potential of habitats to macroinvertebrates. Then we made an assessment of stream riparian vegetation and substrate types to improve the understanding of the relation between macroinvertebrates and the physical environment. The major anthropic change in the sampling area is the deforestation of the natural riparian cover, and we observed evidences of its negative effects on streams, as bank erosion and fine sediment deposition. Variables that better explained fauna variations are related to the stream size, water kinetic energy and substrate types. Substrate was determinant to the composition of benthic macroinvertebrate assemblages as these ones variate more with the substrates types than with the sampling sites. Chironomidae dominated in all the sampling sites and substrate types. Family diversity and richness increased with the stability of inorganic substrates

Os serviços ecossistêmicos se traduzem em benefícios diretos e indiretos obtidos pelos seres humanos do ambiente natural graças ao papel imprescindível dos ecossistemas para o seu bem-estar, saúde e desenvolvimento socioeconômico. Considerando o serviço ecossistêmico de purificação da água, a retenção de nitrogênio e fósforo pelos ecossistemas aquáticos depende de uma combinação de mecanismos físicos, químicos e biológicos que transformam o nutriente no sentido longitudinal de um curso de água. A retenção é majoritariamente estudada em ambientes temperados, mas ainda pouco se sabe sobre como as características ambientais de sistemas tropicais podem afetá-la. O objetivo principal dessa pesquisa foi estimar a retenção de macronutrientes em riachos localizados no bioma Cerrado (SP). Avaliaram-se, além das características físicas e químicas, as taxas de retenção de nitrato, amônio e fosfato em trechos de quatro riachos caracterizados por gradientes de concentrações ambientais para testar hipóteses vinculadas ao nível de enriquecimento por nutrientes e ao papel de riachos tropicais sobre a retenção ecossistêmica. No período de janeiro a outubro de 2017, foram realizados pulsos de nutrientes, segundo o método Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization, para modelagem e quantificação de métricas de retenção desses nutrientes (distância, taxa e velocidade de retenção em condições ambientais), além do comportamento cinético de cada adição. Os riachos foram hierarquizados conforme o nível de enriquecimento por fosfato, variável utilizada como discriminante de tal enriquecimento em função de sua significativa variação inter-riachos. Com relação às métricas de retenção, foram encontradas diferenças espaciais significativas entre riachos, enquanto que não foram observadas diferenças temporais entre coletas. Em geral, riachos não enriquecidos apresentaram distâncias de retenção em geral menores (8-418 m para nitrato, 38-172 m para amônio e de 60-560 m para fosfato) em comparação a ambientes enriquecidos (56-508 m para nitrato, 35-253 m para amônio e de 77-391 m para fosfato). Além disso, os riachos não enriquecidos apresentaram maior velocidade de retenção (máximas de 123 mm min-1 para nitrato, 68 mm min-1 para amônio e 17 mm min-1 para fosfato), além de taxas de retenção (µg m-2 min-1) superiores em comparação aos enriquecidos. O nitrato apresentou maiores taxas ambiental de retenção (média geométrica de 999,3 µg m-2 min-1), enquanto o amônio apresentou menor distância ambiental de retenção (média geométrica de 85,7 m) e maior velocidade ambiental de retenção (média geométrica de 6,9 mm min-1). No ajuste cinético da retenção, não foi evidenciada a saturação de concentrações para nenhum caso. O modelo Efficiency-Loss mostrou melhor ajuste cinético aos dados experimentais que os modelos cinéticos de Michaelis-Menten e primeira ordem. As métricas de retenção obtidas são de magnitudes superiores às normalmente reportadas na literatura para riachos de pequeno porte em outros biomas, o que reforça a importância da preservação e conservação de riachos tropicais. Para isso, sugere-se especial atenção ao controle e disciplinamento das formas de uso e ocupação do solo nestas bacias. Concluiu-se que os riachos analisados desempenham um papel relevante como sumidouros de N e P, o que os permite colocar na categoria de cursos de água estratégicos em relação ao serviço ambiental de retenção de nutrientes. . / Aquatic systems are responsible for key ecosystems services, providing direct and indirect benefits for human beings such as well-being, health and socio-economic development. The ecosystem service of water purification is one of their main functions. Nutrient uptake in surface waters is a combination of physical, chemical and biological mechanisms which transform the nutrient in a downstream direction. The nutrient uptake has been mostly studied in temperate environments, but little is known about how the environmental characteristics of tropical systems could affect it. The main objective of this study was to estimate the nutrient uptake in streams located in the Cerrado biome (SP). In addition to the physical and chemical characteristics, nitrate, ammonium and phosphate uptake rates were evaluated in reaches of four streams characterized by gradients of environmental concentrations. Also we tested hypotheses regarding the level of nutrient enrichment and the role of tropical streams on the whole ecosystem uptake. From January to October 2017, nutrient additions were carried out according to the Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization method, in order to model and quantify nutrient uptake metrics (uptake lenght, uptake rate and uptake velocity under ambient conditions) and to characterize the kinetics of each addition. The streams were ranked according to the level of enrichment by phosphate, since its concentrations showed significant variation across streams. Significant spatial differences were found across streams, while no temporal differences were observed among sampling periods. In general, non-enriched streams generally had lower uptake lengths (8-418 m for nitrate, 38-172 m for ammonium and 60-560 m for phosphate) in comparison to enriched streams (56-508 m for nitrate, 35 -253 m for ammonium and 77-391 m for phosphate). Non-enriched streams showed higher uptake velocities (maximum of 123 mm min-1 for nitrate, 68 mm min-1 for ammonium and 17 mm min-1 for phosphate), as well as uptake rates (µg m-2 min-1) greater than enriched streams. Nitrate had higher ambient uptake rates (geometric mean of 999.3 µg m-2 min-1), while ammonium had lower ambient uptake length (geometric mean of 85.7 m) and higher ambient uptake velocity (geometric mean of 6.9 mm min-1). The uptake kinetics modelling suggested that no nutrient saturation occurred in any case. The Efficiency-Loss kinetic model had better fit to the experimental data than Michaelis-Menten and first-order kinetic models. The retention metrics obtained are higher than those normally reported in the literature for low-order streams in other biomes, which highlights the importance of preservation and conservation of tropical streams. Special attention should be given to the control and management of the land use forms in these watersheds. The studied streams play a relevant role as sinks of N and P, indicating they are strategic watercourses regarding the environmental service of nutrient uptake.

O equilíbrio ecológico dos ecossistemas aquáticos é fundamental para a conservação da biodiversidade e para que tais ambientes possam desempenhar seus serviços ambientais. O metabolismo dos riachos pode ser utilizado como um indicador funcional do nível de perturbação do ambiente, devido à influência das condições da bacia hidrográfica sobre as características e estrutura dos ecossistemas aquáticos. A presente pesquisa avaliou a variação espaço-temporal das taxas de produção primária bruta (PPB) e respiração (R) em riachos localizados no Cerrado, como subsídio para o entendimento da influência de algumas características da água, do substrato e da vegetação ripária sobre o seu metabolismo. Para isso, foram estudados seis riachos em ambientes subtropicais (São Carlos e Brotas, SP, Brasil) com diferentes condições ambientais. O metabolismo foi modelado pelas mudanças de curto prazo nas concentrações de oxigênio dissolvido (OD) e da radiação solar fotossinteticamente ativa, a cada 10 min em períodos de 24h. Além disso, a modelagem considerou o coeficiente de reaeração em cada riacho, que foi estimado por meio de traçador gasoso (SF6). Foram determinadas variáveis de qualidade da água, hidrológicas, do substrato e porcentagem de cobertura vegetal. Modelos de regressão foram utilizados, entre outras análises estatísticas, para avaliar as principais variáveis preditoras das taxas metabólicas. Os riachos apresentaram vazões sempre inferiores a 100 L.s-1, e a porcentagem de cobertura vegetal variou entre 39 e 86%. As concentrações médias de nitrogênio e fósforo totais variaram entre 0,8-1,3 mg.L-1 e 9,4-42,4 μg.L-1, respectivamente, sendo os riachos classificados entre oligo e mesotróficos. A amplitude média das variações diárias de OD foi de 0,2 a 1,2 mg.L-1. As taxas de PPB apresentaram variação de 0,01 a 0,68 gO2 m-2.dia-1. Já as taxas de R variaram entre 0,61-42,08 gO2 m-2.dia-1. A partir do balanço entre a PPB e a R, os seis riachos apresentaram condições heterotróficas (respiração excedeu a produção primária bruta, com a produção primária líquida negativa), o que torna esses ambientes mais vulneráveis ao eventual aporte de cargas orgânicas que gerem demanda por oxigênio. Embora as concentrações de fósforo tenham sido correlacionadas com as taxas metabólicas, as principais variáveis preditoras, pelos modelos de regressão, foram vazão e a porcentagem de cobertura vegetal. A cobertura vegetal provavelmente foi responsável pela redução da incidência de radiação solar e, consequentemente, o principal limitante da disponibilidade de luz subaquática para algas bentônicas. A vazão apresentou possível efeito na redução da biomassa de algas pela abrasão decorrente da velocidade da água. Espera-se que, além de gerarem um conjunto de dados sobre ambientes aquáticos de um bioma ainda relativamente pouco estudado, o Cerrado, as informações apresentadas sobre os principais fatores intervenientes nos processos metabólicos dos riachos possam oferecer direcionamentos a projetos para sua conservação e para a manutenção de seus serviços ambientais. / The ecological balance of aquatic ecosystems is fundamental for biodiversity conservation and for to perform the environmental services. Stream metabolism can be used as a functional indicator of the level of disturbance of the environment due to the influence of watershed conditions on the characteristics and structure of aquatic ecosystems. The present study evaluated the spatial-temporal variation of gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (R) rates, in streams located in the Cerrado, as to understanding the influence of water and the substrate characteristics and vegetation in metabolism. For this, six subtropical streams (São Carlos and Brotas, SP, Brazil) were studied with different environmental conditions. The metabolism was modeled by the short-term changes in the concentrations of dissolved oxygen (DO) and the photosynthetically active solar radiation, every 10 min in periods of 24h. In addition, the modeling considers the reaeration rates in each stream, which was estimated by gas tracer (SF6). Variables of water quality, substrate, hydrological characteristics, and percentage of canopy cover were determined. Regression models were used, among other statistical analyzes, to evaluate the main predictors of metabolic rates. The streams had discharge rates lower than 100 L.s-1, and the percentage of canopy cover varied between 39 and 86%. The mean concentrations of nitrogen and phosphorus varied between 0.8-1.3 mg.L-1 and 9.4-42.4 μg.L-1, respectively, and the streams were classified as oligo and mesotrophic. The mean amplitude of daily DO variations was 0.2 to 1.2 mg.L-1. Rates of GPP ranged from 0.01 to 0.68 gO2 m-2.day-1. R rates varied from 0.61 to 42.08 gO2 m-2.day-1. From the balance between PPB and R, the six streams presented heterotrophic conditions (respiration exceeded gross primary production, with negative net primary production), which makes these streams more vulnerable to the eventual contribution of organic loads that generate demand for oxygen. Although phosphorus concentrations were correlated with metabolic rates, the main predictors of metabolic rates, by regression models, were discharge and canopy cover percentage. The canopy cover was probably responsible for reducing the incidence of solar radiation and, consequently, the main limitation of the availability of underwater light for benthic algae. The discharge indicated a possible effect on the algae biomass reduction due to the abrasion caused by the water velocity. It is expected that, in addition to the generation of data set on aquatic environments of the relatively little studied biome, the Cerrado, the information presented about the main drivers in the metabolic processes of the streams can offer directions to projects for its conservation and for the support of their environmental services.

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Os serviços ecossistêmicos se traduzem em benefícios diretos e indiretos obtidos pelos seres humanos do ambiente natural graças ao papel imprescindível dos ecossistemas para o seu bem-estar, saúde e desenvolvimento socioeconômico. Considerando o serviço ecossistêmico de purificação da água, a retenção de nitrogênio e fósforo pelos ecossistemas aquáticos depende de uma combinação de mecanismos físicos, químicos e biológicos que transformam o nutriente no sentido longitudinal de um curso de água. A retenção é majoritariamente estudada em ambientes temperados, mas ainda pouco se sabe sobre como as características ambientais de sistemas tropicais podem afetá-la. O objetivo principal dessa pesquisa foi estimar a retenção de macronutrientes em riachos localizados no bioma Cerrado (SP). Avaliaram-se, além das características físicas e químicas, as taxas de retenção de nitrato, amônio e fosfato em trechos de quatro riachos caracterizados por gradientes de concentrações ambientais para testar hipóteses vinculadas ao nível de enriquecimento por nutrientes e ao papel de riachos tropicais sobre a retenção ecossistêmica. No período de janeiro a outubro de 2017, foram realizados pulsos de nutrientes, segundo o método Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization, para modelagem e quantificação de métricas de retenção desses nutrientes (distância, taxa e velocidade de retenção em condições ambientais), além do comportamento cinético de cada adição. Os riachos foram hierarquizados conforme o nível de enriquecimento por fosfato, variável utilizada como discriminante de tal enriquecimento em função de sua significativa variação inter-riachos. Com relação às métricas de retenção, foram encontradas diferenças espaciais significativas entre riachos, enquanto que não foram observadas diferenças temporais entre coletas. Em geral, riachos não enriquecidos apresentaram distâncias de retenção em geral menores (8-418 m para nitrato, 38-172 m para amônio e de 60-560 m para fosfato) em comparação a ambientes enriquecidos (56-508 m para nitrato, 35-253 m para amônio e de 77-391 m para fosfato). Além disso, os riachos não enriquecidos apresentaram maior velocidade de retenção (máximas de 123 mm min-1 para nitrato, 68 mm min-1 para amônio e 17 mm min-1 para fosfato), além de taxas de retenção (µg m-2 min-1) superiores em comparação aos enriquecidos. O nitrato apresentou maiores taxas ambiental de retenção (média geométrica de 999,3 µg m-2 min-1), enquanto o amônio apresentou menor distância ambiental de retenção (média geométrica de 85,7 m) e maior velocidade ambiental de retenção (média geométrica de 6,9 mm min-1). No ajuste cinético da retenção, não foi evidenciada a saturação de concentrações para nenhum caso. O modelo Efficiency-Loss mostrou melhor ajuste cinético aos dados experimentais que os modelos cinéticos de Michaelis-Menten e primeira ordem. As métricas de retenção obtidas são de magnitudes superiores às normalmente reportadas na literatura para riachos de pequeno porte em outros biomas, o que reforça a importância da preservação e conservação de riachos tropicais. Para isso, sugere-se especial atenção ao controle e disciplinamento das formas de uso e ocupação do solo nestas bacias. Concluiu-se que os riachos analisados desempenham um papel relevante como sumidouros de N e P, o que os permite colocar na categoria de cursos de água estratégicos em relação ao serviço ambiental de retenção de nutrientes. . / Aquatic systems are responsible for key ecosystems services, providing direct and indirect benefits for human beings such as well-being, health and socio-economic development. The ecosystem service of water purification is one of their main functions. Nutrient uptake in surface waters is a combination of physical, chemical and biological mechanisms which transform the nutrient in a downstream direction. The nutrient uptake has been mostly studied in temperate environments, but little is known about how the environmental characteristics of tropical systems could affect it. The main objective of this study was to estimate the nutrient uptake in streams located in the Cerrado biome (SP). In addition to the physical and chemical characteristics, nitrate, ammonium and phosphate uptake rates were evaluated in reaches of four streams characterized by gradients of environmental concentrations. Also we tested hypotheses regarding the level of nutrient enrichment and the role of tropical streams on the whole ecosystem uptake. From January to October 2017, nutrient additions were carried out according to the Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization method, in order to model and quantify nutrient uptake metrics (uptake lenght, uptake rate and uptake velocity under ambient conditions) and to characterize the kinetics of each addition. The streams were ranked according to the level of enrichment by phosphate, since its concentrations showed significant variation across streams. Significant spatial differences were found across streams, while no temporal differences were observed among sampling periods. In general, non-enriched streams generally had lower uptake lengths (8-418 m for nitrate, 38-172 m for ammonium and 60-560 m for phosphate) in comparison to enriched streams (56-508 m for nitrate, 35 -253 m for ammonium and 77-391 m for phosphate). Non-enriched streams showed higher uptake velocities (maximum of 123 mm min-1 for nitrate, 68 mm min-1 for ammonium and 17 mm min-1 for phosphate), as well as uptake rates (µg m-2 min-1) greater than enriched streams. Nitrate had higher ambient uptake rates (geometric mean of 999.3 µg m-2 min-1), while ammonium had lower ambient uptake length (geometric mean of 85.7 m) and higher ambient uptake velocity (geometric mean of 6.9 mm min-1). The uptake kinetics modelling suggested that no nutrient saturation occurred in any case. The Efficiency-Loss kinetic model had better fit to the experimental data than Michaelis-Menten and first-order kinetic models. The retention metrics obtained are higher than those normally reported in the literature for low-order streams in other biomes, which highlights the importance of preservation and conservation of tropical streams. Special attention should be given to the control and management of the land use forms in these watersheds. The studied streams play a relevant role as sinks of N and P, indicating they are strategic watercourses regarding the environmental service of nutrient uptake.

Os riachos em trechos de cabeceira são fontes importantes de água, sedimento e biota, apresentam baixa produtividade primária autóctone e são fortemente influenciados pela vegetação ripária, pois nesses trechos, a energia básica para sustentação das comunidades é proveniente do input de matéria orgânica particulada alóctone. Portanto, o desmatamento e o uso inadequado do solo afetam negativamente as condições dos riachos, o que é considerado umas das principais causas de degradação ambiental em países em desenvolvimento. Uma avaliação rápida da qualidade do habitat físico pode prover uma idéia geral das condições dos riachos e detectar alterações antrópicas de maneira rápida, fácil e de baixo custo. A combinação desta ferramenta com a avaliação de outros fatores físicos, químicos e biológicos, especialmente, a composição das assembléias de macroinvertebrados bentônicos, é essencial para o desenvolvimento de estratégias de monitoramento nesses ecossistemas. O objetivo geral do presente estudo foi identificar as principais alterações antrópicas sobre os riachos da APA Embu Verde e selecionar aqueles que apresentaram melhores condições de habitat para a fauna bentônica, a fim de conhecer a composição dessas assembléias e sua relação com o habitat. Para atender os objetivos, primeiramente foram avaliados 23 sítios amostrais, por meio de um Protocolo de Avaliação de Habitat e algumas variáveis relevantes. A partir daí, foram selecionados 4 riachos com base, prioritariamente, na semelhança das características do entorno, pequena variação no nível de degradação ambiental e potencialidade de oferta de habitats para os macroinvertebrados. Procedeu-se, então, à avaliação da vegetação ripária, do canal dos riachos e dos tipos de substratos para melhor compreensão da relação dos macroinvertebrados com o meio físico. A principal alteração antrópica na APA Embu Verde é o desmatamento da vegetação ripária natural, sendo evidenciados indícios de efeitos negativos sobre os riachos, como erosão nas margens e deposição de sedimentos finos. As variáveis que melhor explicaram a variação da fauna estão relacionadas ao porte do riacho, energia cinética de suas águas e aos tipos de substrato. Este último foi determinante para a composição das assembléias de macroinvertebrados bentônicos, pois estas variaram mais entre os tipos de substratos do que entre os sítios amostrais. A família Chironomidae foi dominante em todos os sítios e tipos de substratos. A diversidade e riqueza de família aumentaram com a estabilidade dos substratos inorgânicos / Headwater streams are relevant suppliers of water, sediment, and biota. They support low autochthonous primary productivity and suffer strong influence from riparian vegetation as in these streams the basic energy for communities maintenance has its origin in the allochthonous particulate organic matter. Hence, deforestation and inadequate soil use negatively affect stream conditions, being among the main causes of environmental degradation in developing nations. A rapid assessment of the physical habitat quality can provide a general idea about stream conditions and detect anthropic changes in a rapid, easy and low cost manner. The combination of this tool with the assessment of other physical, chemical and biological features, especially the benthic macroinvertebrate assemblage composition, is essential to the development of monitoring strategies in those ecosystems. The general aim of this study was to identify the main anthropic changes on streams of Environmental Protection Area Embu Verde and to select those with better habitat conditions for benthic fauna. So it would be possible to know the assemblages composition and its relation with the habitat. First we evaluated 23 sampling sites using a Habitat Assessment Protocol and some relevant variables. Therewith we selected four streams, grounded primarily on the similarity of the surroundings features, little variation on the environmental degradation level and potential of habitats to macroinvertebrates. Then we made an assessment of stream riparian vegetation and substrate types to improve the understanding of the relation between macroinvertebrates and the physical environment. The major anthropic change in the sampling area is the deforestation of the natural riparian cover, and we observed evidences of its negative effects on streams, as bank erosion and fine sediment deposition. Variables that better explained fauna variations are related to the stream size, water kinetic energy and substrate types. Substrate was determinant to the composition of benthic macroinvertebrate assemblages as these ones variate more with the substrates types than with the sampling sites. Chironomidae dominated in all the sampling sites and substrate types. Family diversity and richness increased with the stability of inorganic substrates

O equilíbrio ecológico dos ecossistemas aquáticos é fundamental para a conservação da biodiversidade e para que tais ambientes possam desempenhar seus serviços ambientais. O metabolismo dos riachos pode ser utilizado como um indicador funcional do nível de perturbação do ambiente, devido à influência das condições da bacia hidrográfica sobre as características e estrutura dos ecossistemas aquáticos. A presente pesquisa avaliou a variação espaço-temporal das taxas de produção primária bruta (PPB) e respiração (R) em riachos localizados no Cerrado, como subsídio para o entendimento da influência de algumas características da água, do substrato e da vegetação ripária sobre o seu metabolismo. Para isso, foram estudados seis riachos em ambientes subtropicais (São Carlos e Brotas, SP, Brasil) com diferentes condições ambientais. O metabolismo foi modelado pelas mudanças de curto prazo nas concentrações de oxigênio dissolvido (OD) e da radiação solar fotossinteticamente ativa, a cada 10 min em períodos de 24h. Além disso, a modelagem considerou o coeficiente de reaeração em cada riacho, que foi estimado por meio de traçador gasoso (SF6). Foram determinadas variáveis de qualidade da água, hidrológicas, do substrato e porcentagem de cobertura vegetal. Modelos de regressão foram utilizados, entre outras análises estatísticas, para avaliar as principais variáveis preditoras das taxas metabólicas. Os riachos apresentaram vazões sempre inferiores a 100 L.s-1, e a porcentagem de cobertura vegetal variou entre 39 e 86%. As concentrações médias de nitrogênio e fósforo totais variaram entre 0,8-1,3 mg.L-1 e 9,4-42,4 μg.L-1, respectivamente, sendo os riachos classificados entre oligo e mesotróficos. A amplitude média das variações diárias de OD foi de 0,2 a 1,2 mg.L-1. As taxas de PPB apresentaram variação de 0,01 a 0,68 gO2 m-2.dia-1. Já as taxas de R variaram entre 0,61-42,08 gO2 m-2.dia-1. A partir do balanço entre a PPB e a R, os seis riachos apresentaram condições heterotróficas (respiração excedeu a produção primária bruta, com a produção primária líquida negativa), o que torna esses ambientes mais vulneráveis ao eventual aporte de cargas orgânicas que gerem demanda por oxigênio. Embora as concentrações de fósforo tenham sido correlacionadas com as taxas metabólicas, as principais variáveis preditoras, pelos modelos de regressão, foram vazão e a porcentagem de cobertura vegetal. A cobertura vegetal provavelmente foi responsável pela redução da incidência de radiação solar e, consequentemente, o principal limitante da disponibilidade de luz subaquática para algas bentônicas. A vazão apresentou possível efeito na redução da biomassa de algas pela abrasão decorrente da velocidade da água. Espera-se que, além de gerarem um conjunto de dados sobre ambientes aquáticos de um bioma ainda relativamente pouco estudado, o Cerrado, as informações apresentadas sobre os principais fatores intervenientes nos processos metabólicos dos riachos possam oferecer direcionamentos a projetos para sua conservação e para a manutenção de seus serviços ambientais. / The ecological balance of aquatic ecosystems is fundamental for biodiversity conservation and for to perform the environmental services. Stream metabolism can be used as a functional indicator of the level of disturbance of the environment due to the influence of watershed conditions on the characteristics and structure of aquatic ecosystems. The present study evaluated the spatial-temporal variation of gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (R) rates, in streams located in the Cerrado, as to understanding the influence of water and the substrate characteristics and vegetation in metabolism. For this, six subtropical streams (São Carlos and Brotas, SP, Brazil) were studied with different environmental conditions. The metabolism was modeled by the short-term changes in the concentrations of dissolved oxygen (DO) and the photosynthetically active solar radiation, every 10 min in periods of 24h. In addition, the modeling considers the reaeration rates in each stream, which was estimated by gas tracer (SF6). Variables of water quality, substrate, hydrological characteristics, and percentage of canopy cover were determined. Regression models were used, among other statistical analyzes, to evaluate the main predictors of metabolic rates. The streams had discharge rates lower than 100 L.s-1, and the percentage of canopy cover varied between 39 and 86%. The mean concentrations of nitrogen and phosphorus varied between 0.8-1.3 mg.L-1 and 9.4-42.4 μg.L-1, respectively, and the streams were classified as oligo and mesotrophic. The mean amplitude of daily DO variations was 0.2 to 1.2 mg.L-1. Rates of GPP ranged from 0.01 to 0.68 gO2 m-2.day-1. R rates varied from 0.61 to 42.08 gO2 m-2.day-1. From the balance between PPB and R, the six streams presented heterotrophic conditions (respiration exceeded gross primary production, with negative net primary production), which makes these streams more vulnerable to the eventual contribution of organic loads that generate demand for oxygen. Although phosphorus concentrations were correlated with metabolic rates, the main predictors of metabolic rates, by regression models, were discharge and canopy cover percentage. The canopy cover was probably responsible for reducing the incidence of solar radiation and, consequently, the main limitation of the availability of underwater light for benthic algae. The discharge indicated a possible effect on the algae biomass reduction due to the abrasion caused by the water velocity. It is expected that, in addition to the generation of data set on aquatic environments of the relatively little studied biome, the Cerrado, the information presented about the main drivers in the metabolic processes of the streams can offer directions to projects for its conservation and for the support of their environmental services.

Made available in DSpace on 2017-07-10T14:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renata.pdf: 1386030 bytes, checksum: 535c46b1abd87bc9822da8e752d70575 (MD5) Previous issue date: 2012-08-10 / The identification of minimally impacted sites and the selection of metrics for assessing the effects of human activities on aquatic environments has been a key issue in the management of these ecosystems. This paper presents a practical and easy method to identify reference sites and selection of the most significant metrics that reflect the general attributes of the assemblies, altered by human impacts. For this we evaluated the biotic integrity in some neotropical streams, located in Paraná state, Brazil, through the benthic macroinvertebrates and fish. The identification of reference sites was based on the physical and chemical quality of the habitat, and the physical and chemical variables summarized by principal component analysis, and submitted to cluster analysis to identify the reference sites. Sixteen metrics were calculated, which were submitted to a discriminant analysis to select the most significant metrics. The principal component analysis and cluster analysis showed that the reference sites were selected according to composition ande physical quality of the sediment. These sites were positively correlated with larger particles such as pebbles and negatively associated with smaller particles. The discriminant analysis showed that few metrics are sufficient to identify changes in the assemblies by human activities and that assemblies respond differently to environmental changes. In the pooled analysis of the assemblies the metrics selected for macroinvertebrate were different than metrics selected in the analysis performed solely for that assembly, in the pooled analysis were selected metrics abundance, percentage of tolerant and percentage of shredders, whereas in exclusive analysis were selected metrics richness and percentage of tolerant. Greater richness of macroinvertebrates were observed at pristine sites, while the percentage of tolerance increased with the gradient of impact. On the other hand, for the fish assemblage were selected metrics of richness, diversity and percentage of omnivores. Greatest richness were observed in moderately impacted sites, while higher values of diversity and percentage of omnivores were observed in reference sites. The analysis of the metrics of the two assemblages provided a more robust evaluation the sites categorized according to a gradient of impact, than the separate evaluation of the assemblages. However, the benthic macroinvertebrates assemblage was equally effective to confirm the reference sites. The procedure presented in this paper can easily assist managers in selecting effective methods for protecting and restoring stream ecosystems / A identificação de locais minimamente impactados e a seleção de métricas para a avaliação dos efeitos das atividades humanas sobre os ambientes aquáticos tem sido uma questão chave na gestão desses ecossistemas. Este trabalho apresenta um método protocolo para a identificação de locais de referência e seleção de métricas mais significativas, que refletem os atributos gerais das assembleias, alteradas pelos impactos humanos. Para isso foi avaliada a integridade biótica em alguns riachos neotropicais, localizados no estado do Paraná, Brasil, através da fauna de macroinvertebrados bentônicos e peixes. A identificação dos locais de referência foi realizada com base na qualidade física e química do habitat, sendo as variáveis físicas e químicas sumarizadas pela análise de componentes principais e submetidas à análise de agrupamento para a identificação dos locais de referência. Foram calculadas dezesseis métricas, as quais foram submetidas a uma análise discriminante para a seleção das métricas mais significativas. A análise de componentes principais e a análise de agrupamento revelaram que os locais de referência foram selecionados de acordo com a composição e qualidade física do sedimento. Esses locais foram correlacionados positivamente com partículas maiores, como seixos e, negativamente, com partículas menores. A análise discriminante demonstrou que poucas métricas são suficientes para identificar alterações nas assembleias decorrentes de atividades humanas e que as assembleias respondem de maneira distinta às alterações ambientais. Na análise conjunta das assembleias as métricas selecionadas para macroinvertebrados foram diferentes das métricas selecionadas na análise realizada para essa assembleia exclusivamente, na análise conjunta foram selecionadas as métricas de abundância, percentagem de tolerantes e percentagem de fragmentadores, enquanto que na análise exclusiva foram selecionadas as métricas de riqueza e percentagem de tolerantes. Maiores valores de riqueza de macroinvertebrados foram observados em locais prístinos, enquanto que a percentagem de tolerantes aumentou de acordo com o gradiente de impacto. Por outro lado, para a ictiofauna foram selecionadas as métricas de riqueza, diversidade e percentagem de onívoros. Maiores valores de riqueza foram observados nos locais moderadamente impactados, enquanto que maiores valores de diversidade e percentagem de onívoros foram observados nos locais de referência. A análise das métricas das duas assembleias proporcionou uma avaliação mais robusta dos locais categorizados, segundo um gradiente de impacto, do que a avaliação isolada das assembleias. Entretanto, a assembleia de macroinvertebrados bentônicos foi igualmente eficiente para confirmar os locais de referência. O procedimento apresentado neste trabalho poderá facilmente auxiliar os gestores na seleção de métodos eficazes para a proteção e restauração de ecossistemas lóticos