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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-09082017-162223
Documento
Autor
Nome completo
Wesley Aparecido Saltarelli
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Cunha, Davi Gasparini Fernandes (Presidente)
Ferraz, Sílvio Frosini de Barros
Souza, Andréa Lúcia Teixeira de
Título em português
Metabolismo em riachos subtropicais: variação espaço-temporal e influência de gradiente de condições ambientais
Palavras-chave em português
Funcionamento ecossistêmico
Indicador funcional
Produção primária
Qualidade da água
Riachos de primeira ordem
Resumo em português
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.
Título em inglês
Metabolism in subtropical streams: spatial-temporal variation and gradient influence of environmental conditions
Palavras-chave em inglês
Ecosystem functioning
Functional indicator
Low-order streams
Primary production
Water quality
Resumo em inglês
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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Data de Publicação
2017-08-11
 
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