Comparing Zostera and Spartina environments in relation to carbon burial: a sedimentary and geochemical approach from Ria Formosa

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Carbon sinks are natural or artificial reservoirs in which carbon can be accumulated for a certain length of time. Mangroves, salt marshes and seagrasses beds are habitats that have an important role on the carbon budget of the oceans and thus influence the oceanic cycle. In this study we aimed is to evaluate C storage capacity of two different intertidal environments, Zostera noltii vs Spartina maritima from Ria Formosa, as well as to evaluate the influence of hydrodynamics and sediment grain size in the C storage. This multidisciplinary and integrated approach includes biological, geological and chemical analyses in order to better understand the processes leading to Carbon accumulation in sediments. For such a purpose, we analyzed and measured the granulometry, color and mineral composition of the sediment, as well as the organic matter, calcium carbonate contents and the elemental composition. The results obtained reflect that the carbon sequestration (organic carbon content), is related to practically all the studied variables, Furthermore, there are significant differences between both biological communities. Spartina maritima shows nearly twice the organic carbon content than Zostera noltii. On the other hand, the distance to the main navigation channel, a proxy to hydrodynamics, affected all parameters, strongly affected C accumulation, with higher variability in Zostera than Spartina. C accumulation and sediment grain size were related to this gradient, as expected, where both parameters increased from the first station, close to the main channel, to last station the most remote. The carbon accumulation rate for Spartina environment was twice as high as those for Zostera environment, 131.8 g OC.m-2.year-1, 83.9 g OC.m-2.year-1, respectively, these differences were related to the influence to all the parameters analyzed in this study.

Os sumidouros de carbono são reservatórios naturais ou artificiais, nos quais o carbono pode ser acumulado durante um determinado período de tempo. Mangais, sapais, salinas e pradarias marinhas são habitats que têm um papel importante no balanço de carbono dos oceanos e, assim, influenciam o ciclo oceânico. Eles representam um hotspot mundial para armazenamento de carbono orgânico (OC). Estes habitats compartilham uma parcela excessiva no sequestro de C em relação aos habitats terrestres. Este OC pode ser encontrado na biomassa viva especialmente enterrada nos sedimentos. A acumulação de OC em sedimentos marinhos fornece armazenamento de C a longo prazo. Esta acumulação OC é influenciada por alguns parâmetros ambientais, tais como, por exemplo, a distância ao continente e/ou o tamanho de grão e pH, assim como o tipo de ambientes de marés. Devido à falta de dados de deposição de carbono na área de estudo e também para destacar a importância destes ecossistemas no sequestro de carbono, neste estudo pretendeu-se avaliar "sumidouros de C" em relação a estes parâmetros ambientais tais como, por exemplo, a hidrodinâmica marinha relativamente à distancia ao continente, ou o sedimento, relativamente ao tamanho do grão nas diferentes estações de amostragem. Adicionalmente, dois diferentes ecossistemas intertidais da Ria Formosa, Zostera noltii vs Spartina marítima, foram avaliados. Esta abordagem multidisciplinar e integrada inclui análises biológicas, geológicas e químicas, para melhor compreender os processos que conduzem à acumulação de carbono, conservação ou degradação. Para tal, foi realizada uma amostragem ao longo de um canal principal e um canal secundário da Ria Formosa, em quatro estações diferentes, sendo que em cada estação os dois ecossistemas foram amostrados. No laboratório, analisámos as características sedimentológicas, onde foi determinado o tamanho das partículas por difração laser e por uso de peneiros, com o obejctivo de estimar o nível relativo de energia presente no ambiente onde o sedimento foi transportado e depositado. A cor dos sedimentos foi analisada em todo o espectro de luz visível por reflectância difusa, permitindo-nos adquirir uma aproximação da composição do sedimento. Também foi estudada a composição mineralógica por difração de raios-X. Por outro lado, foram analisadas as características geoquímicas, o que incluiu a determinação da matéria orgânica e carbonato perdidos por combustão, análise de composição elementar (OC, IC, IN e ON) através de um sistema de combustão elementar e o raio de C/N foi calculado, para ter uma ideia aproximada da origem ou fonte da matéria orgânica. Também foi determinada a concentração de pigmentos, onde por um lado foram analisadas as concentrações de clorofila e carotenóides, usando uma extração simples com acetona e medidas as concentrações através do espectrofotómetro. Seguidamente, através de cromatografia HPLC, foram analisados os pigmentos específicos. Os resultados destas últimas análises foram, no entanto, não representativos, uma vez que os valores obtidos apresentavam artefactos de degradação, não tendo sido considerados. O processamento de dados foi realizado utilizando o software estatístico R. Todas as propriedades físicas e bioquímicas de sedimentos foram avaliadas para cada estação e para cada tipo de habitat, avaliando a sua variabilidade. Um estudo ANOVA de dois fatores, sendo um de eles ‘estação’ e o outro ‘tipo de comunidade biológica’, foi aplicado a cada variável, de modo a saber se houve ou não diferenças significativas dependentes de cada fator individualmente ou devido ao efeito da interferência de ambos. Nos casos em que se verificaram diferenças, foi usado um post-hoc para determinar a origem da diferença, neste caso usamos o teste de Tukey. O software Gradistat, foi utilizado para calcular o cálculo estatístico do tamanho de grão. Nos resultados em relação às características sedimentológicas, o tamanho da partícula reflete um gradiente em que o tamanho do grão nas amostras diminui à medida que nos afastamos do canal principal e nos aproximamos das estações do canal secundário. Este gradiente é mais marcado no caso da Zostera do que no da Spartina. Esta diferença na intensidade do gradiente entre ambos ambientes pode ser devido às diferenças de hidrodinamismo entre os dois meios, uma vez que a Zostera está mais exposta que a Spartina devido à sua posição no intertidal Relativamente aos resultados de cor, foi observada a possível presença de várias formas de Fe e goetita devido aos tons do sedimento, apresentando um aumento em ambos os valores ou aumentado o conteúdo dessas substâncias da estação 1 para a 4 para ambos os ambientes. No composição mineral verificaram-se diferenças entre o teor de quartzo e polissilicatos entre as estações, aumentando o conteúdo de polissilicatos e redução do teor de quartzo nas estações mais protegidas. Também a presença de pirita e siderita poderia explicar os altos valores de matéria orgânica, ao proporcionar um possível ambiente redutor. Um grande conteúdo em carbonatos foi encontrado na estação 4, podendo explicarse devido à possível presença de foraminíferos. Em relação ao sequestro dos carbonos, é influenciado por praticamente todas as variáveis estudadas, já que influenciam as características do solo, favorecendo ou desfavorecendo a acumulação de carbono. Como por exemplo a presença de determinados compostos minerais ou substâncias que foram determinadas na análise da composição mineral e cor, que favorecem a agregação de matéria orgânica, ou outras resultando em condições reduzidas permitindo que ocorra uma maior acumulação no sedimento. Nem todas as variáveis mostram o mesmo padrão ou tendência relativamente às estações ou ao tipo de comunidade biológica. Para todas as variáveis estudadas neste trabalho, apenas algumas delas não apresentaram variações em ambos os fatores estudados. A melhoria destas representam diferenças entre estação e entre ambientes e mais da metade respondem à interação deles. Atendendo ao objetivo principal deste estudo, foram encontradas diferenças significativas entre os dois ambientes, mostrando a Spartina aproximadamente o dobro do conteúdo de carbono do que a Zostera. Esta variabilidade foi relacionada com o tamanho do grão, observando-se uma relação positiva entre a concentração de carbono orgânico e a presença de sedimentos mais finos. Todos os fatores encontram-se influenciados pela composição do solo e hidrodinâmica. Finalmente, quando foi calculada a taxa da acumulação do carbono, Spartina acumula dobro do que a Zostera, com resultais de valores de 131.8 g OC.m-2.year-1, 83.9 g OC.m- 2.year-1, respectivamente. Estas diferenças foram relatadas pela influência de todas os parâmetros analisados em este estudo.