Ecologia da comunidade de diatomáceas epilíticas de um sistema de rio de baixa ordem da região hidrográfica do Guaíba : subsídios ao monitoramento ambiental de ecossistemas aquáticos sul brasileiros

Os sistemas de monitoramento utilizando diatomáceas foram desenvolvidos, em sua maioria, para monitorar os efeitos da poluição orgânica e da eutrofização, adotando como parâmetros de referência a demanda biológica de oxigênio após cinco dias e a concentração de fósforo total. Entretanto, vários fatores naturais têm sido apontados como causadores de variação na composição destas comunidades em rios. Por isso, grandes mudanças estruturais não provam necessariamente a hipótese de que tenha ocorrido algum evento poluidor. Neste contexto, a partir da relação entre a estrutura da comunidade de diatomáceas epilíticas da microbacia do arroio Schmidt, RS, Brasil, mudanças na qualidade da água e alterações físicas do meio, como fluxo, sombreamento ripário, largura e profundidade, objetivou-se colher subsídios para aplicação em programas de manejo e conservação de ecossistemas aquáticos. Durante os meses de janeiro e fevereiro de 2004, foram realizadas quatro excursões científicas a seis estações, totalizando 24 amostragens, para medição das seguintes variáveis: condutividade elétrica, oxigênio dissolvido em saturação, pH, turbidez, demanda biológica de oxigênio em cinco dias (DBO5), demanda química de oxigênio (DQO), fósforo total, nitrato, sólidos totais dissolvidos, sólidos suspensos, sílica, profundidade de submersão do substrato, velocidade da correnteza, diâmetro dos seixos, largura do rio e sombreamento em função da vegetação ripária. Para as análises qualitativas e quantitativas das diatomáceas epilíticas, uma área de 25 cm2 foi raspada de cinco replicatas O material foi oxidado com dicromato de potássio, ácido sulfúrico e clorídrico para confecção de lâminas permanentes. Padrões de distribuição e abundância das espécies foram explorados através da Análise de Espécies Indicadoras e os fatores ambientais responsáveis por esta distribuição foram evidenciados pela Análise de Correspondência Canônica. Os resultados confirmaram a preferência de Cymbella e Encyonema por águas lentas e elevada luminosidade, bem como a adaptabilidade de Cocconeis ao sombreamento. Nitzschia acicularis, Surirella tenera e Planothidium rupestoides revelaram-se indicadoras de ambientes meso-eutróficos. Encyonema perpusilum destacou-se no habitat oligo/β- mesossapróbico, e Sellaphora pupula no sítio de maior concentração de eletrólitos. Pelo cruzamento das respostas das espécies à saturação de oxigênio, DBO5, DQO, condutividade, fósforo total, sólidos totais dissolvidos e turbidez, foi possível estabelecer dois grupos sinalizadores de qualidade: Achnanthes sp. 3, Cocconeis fluviatilis, Navicula angusta, Nitzschia acicularis, Tryblionella victoriae, Pinnularia cf. obscura, Planothidium rupestoides, Sellaphora pupula, Stenopterobia sp. e Surirella tenera, relacionadas com maior impacto antropogênico, e Achnanthes sp. 2, Encyonema perpusilum, Geissleria aikenensis, Luticola goeppertiana, Navicula symmetrica e Nitzschia amphibia, referindo-se a ambientes mais oxigenados, pouco mineralizados e com reduzidos teores de compostos orgânicos. Estas informações também constituem subsídios para estudos paleolimnológicos envolvendo a reconstituição de paleoambientes (e.g. maior abundância de Cymbella indicando ambientes lênticos) e a concentração de paleonutrientes (e.g. Nitzschia acicularis designando períodos de maior eutrofização).

Análise de ecossistemas aquáticos através do método input-output : estudo de caso lagoa Itapeva (sistema lagunar costeiro do Rio Grande do Sul)

A enorme complexidade dos sistemas ecológicos tem sido uma grande barreira para a compreensão e o gerenciamento da problemática ambiental. Neste sentido a modelagem matemática é uma valiosa ferramenta, devido a sua capacidade de organizar as informações disponíveis sobre estes sistemas e de fazer previsões a seu respeito para diferentes condições. Desta forma a análise de sistemas naturais vem sendo abordada de diferentes maneiras, sendo que nas últimas décadas a teoria de ecossistemas expandiu-se e ramos específicos, que permitem seguir e predizer a evolução de ecossistemas, foram formulados. Um destes enfoques, conhecido como análise do fluxo de insumo-produto, pode ser utilizado para explicar o funcionamento e estrutura dos subsistemas de um ecossistema através da descrição dos fluxos de matéria ou energia. A análise do fluxo de insumo-produto pode ser representada através de dois modelos: o modelo determinístico ou o modelo estocástico, tendo sua origem em estudos de caso com o objetivo de analisar a econômica norte-americana, sendo uma extensão prática da teoria clássica de interdependência geral. Este trabalho faz uma abordagem sintética da evolução desta análise, avaliando dados teóricos e principalmente dados referentes à Lagoa Itapeva. A análise de input-output (determinística e estocástica) com o propósito de obter informações no que diz respeito aos fluxos (matéria e energia), é bastante simples; sendo que os modelos determinísticos se prestam melhor para traçar um panorama global e para obter projeções para as variáveis já os modelos estocásticos são mais complexos, mas provêem uma descrição mais acurada. Na Lagoa Itapeva os processos determinísticos demonstraram um baixo índice de ciclagem do carbono entre os três compartimentos em estudo e o fluxo preferencial na normalização corresponde ao compartimento dos produtores primários, isto decorre de não existir loop nos compartimentos em estudo e também não existir fluxos em dois sentidos. Em relação à avaliação estocástica foram observadas uma baixa relação no sentido espacial superfície-meio-fundo da lagoa, e uma boa distribuição espacial norte-centro-sul. Quanto à distribuição temporal, foi constatada uma baixa concordância entre os dados analisados e os dados reais quanto das análises realizadas em intervalos de tempo pequeno (horas) e uma boa concordância nas medidas feitas quando o intervalo foi significativo (meses). Também em relação à Lagoa Itapeva, foi verificado nas análises estocásticas, utilizando-se operadores espaciais, que como a dinâmica biológica nem sempre é linear, os organismos não podem acompanhar imediatamente e perfeitamente as mudanças do ambiente, resultando em tempos de residência de matéria significativamente baixo. Além da análise dos fluxos ligados a este ecossistema lagunar, foram desenvolvidas técnicas de correção e adaptação de dados referentes à amostragem ocorrida na Lagoa durante um ano de campanha. Assim, propõe-se uma nova perspectiva no uso desta metodologia de forma simples e de fácil manipulação matemática.

Variação da estrutura e da biomassa fitoplanctônica na Lagoa Itapeva (Litoral Norte do Rio Grande do Sul) em função da hidrodinâmica

As lagoas costeiras em geral exibem reduzidas profundidades máximas, sendo portanto, ambientes altamente vulneráveis às oscilações dos fatores climáticos, em particular o vento. Movimentos da água em zonas pelágicas são fortemente influenciados por mudanças no tempo, as quais promovem mudanças no plâncton. A biomassa é uma importante variável em ecossistemas aquáticos uma vez que representa a quantidade de energia estocada em certo nível trófico da comunidade biológica. O trabalho teve como hipótese principal do trabalho que o vento (principal fator determinante na hidrodinâmica da Lagoa Itapeva), influencia diretamente a biomassa fitoplanctônica. Períodos de ausência de ventos ou ventos fracos provocam uma homogeneidade da comunidade, devido á estabilidade da coluna d’água, propiciando eventos de florações com alta biomassa e baixa diversidade. Outra hipótese formulada é que há variação espaço-temporal da biomassa, da diversidade de espécies e das diferentes frações de tamanho na Lagoa Itapeva, no período estudado. O objetivo do trabalho foi determinar o efeito do vento, principal fator hidrodinâmico da Lagoa Itapeva, sobre a comunidade fitoplanctônica em termos de biomassa, diversidade de espécies e categorias de tamanho. A Lagoa Itapeva é a primeira lagoa do Sistema Lagunar de Tramandaí no sentido N→S. Foram realizadas análises espaciais, formando-se três pontos de amostragem (Norte, Centro e Sul) ao longo do maior eixo longitudinal da lagoa, aliada a uma escala temporal diária (turnos de amostragem: 6h, 10h, 14h e 18h) e sazonal (quatro estações do ano), procurando estabelecer padrões e relações com os fatores hidrodinâmicos (velocidade e direção de vento, e nível d’água). Durante o estudo a Divisão Cyanophyta foi a responsável pelos elevados valores de biomassa observados nos pontos de amostragem. Este fato deve-se principalmente às florações de Anabaena circinalis durante as campanhas sazonais. A biomassa foi a variável que melhor se relacionou com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento) pela ação dos ventos de quadrantes predominantes que resultavam num fetch efetivo longo. Neste estudo foram apresentados índices de diversidade de espécies calculados através de indivíduos (H’ind) e de biomassa (H’ biom). Estes índices apresentaram estreitas relações positivas entre si. Os índices também apresentaram relações diretas e significativas com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento). Na Lagoa Itapeva, a contribuição das diferentes categorias de tamanho em função da biomassa (estimada através do biovolume), ressaltou três frações que melhor representaram a comunidade fitoplanctônica: nanoplâncton, microplâncton e netplâncton. A fração netplanctônica predominou sobre as demais frações de tamanho. A predominância desta fração sobre as outras estudadas deu-se principalmente às espécies de colônias filamentosas Aulacoseira granulata, Anabaena circinalis e A. spiroides. O comportamento da comunidade fitoplanctônica na Lagoa Itapeva sugere estar de acordo com a Hipótese de Distúrbio Intermediário de Connell (1978). Os distúrbios intensos (provocados pelos forte ventos e fetch longo) ou a falta deste (criando um ambiente estável), nos pontos de amostragem, resultaram em florações da cianobactéria Anabaena circinalis. Essas florações proveram uma densa biomassa em todo o período da pesquisa, além de promoverem a baixa diversidade através do domínio desta cianobactéria, e provocar sucessões das frações de tamanho do fitoplâncton.

Introdução da truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss) e suas conseqüências para a comunidade aquática dos rios de altitude do sul do Brasil

A introdução de espécies exóticas é uma prática que acompanha a história da humanidade, sendo as espécies introduzidas a base da nutrição e economia em vários países. Porém, esse processo contínuo tem levado a uma homogeneização da flora e fauna global. Os ecossistemas aquáticos, que têm recebido menor atenção que os terrestres, têm sofrido perda de diversidade, hibridação, introdução de patógenos, degradação do habitat além da necessidade e alto custo de controle das espécies introduzidas. O desenvolvimento da aqüicultura tem acelerado a introdução de peixes exóticos, que são a base dessa produção em países como o Brasil. Além desta, entre as razões para a introdução citam-se o esporte, a manipulação ecológica com controle de organismos indesejáveis, o melhoramento dos estoques, a ornamentação ou ainda introduções acidentais. No Rio Grande do Sul, nos rios dos Campos de Cima da Serra estão ocorrendo introduções da espécie exótica truta arco- íris (Oncorhynchus mykiss) desde meados da década de 90 como forma de estímulo ao turismo rural. O objetivo dessa prática é a pesca esportiva, que atrai turistas de várias regiões. Porém, os rios da região possuem várias espécies de peixes endêmicas e as conseqüências dessa prática sobre a biota aquática são desconhecidas. O objetivo do presente trabalho é avaliar o efeito da introdução da truta arco-íris sobre o ecossistema de rios de baixa ordem no município de São José dos Ausentes – RS, Brasil. Para tanto foi descrita a biologia da truta arco- íris no novo ambiente, verificando sua alimentação, movimentação, presença e viabilidade da reprodução. A ictiofauna autóctone dos rios com ausência e presença de trutas foi comparada, bem como o efeito da predação sobre a macrofauna bentônica. A ictiofauna foi amostrada com o uso da pesca elétrica, sendo o conteúdo estomacal das trutas avaliado sazonalmente. Três trutas foram marcadas e acompanhadas por ii biotelemetria para determinação da sua área de vida. Um experimento com ninhos artificiais foi conduzido para verificação da sobrevivência de ovos de trutas nas condições dos rios de São José dos Ausentes. O experimento de exclusão de peixes foi feito a fim de avaliar o efeito da predação sobre a macrofauna bentônica, comparando a macrofauna em rios com e sem trutas. Os resultados indicaram que a truta arco- íris tem como alimento principal os invertebrados bentônicos, porém as maiores classes de tamanho incluem peixes em seus alimentos principais. Logo após sua introdução a movimentação é restrita, porém alguns exemplares foram capturados em um rio onde não foi feita introdução dessa espécie. Apesar de baixa, a sobrevivência dos adultos ocorre, assim como a reprodução. A sobrevivência dos ovos também é baixa, porém, uma pós-larva foi encontrada. A ictiofauna autóctone é diferenciada nos rios com presença de truta, apresentando menor riqueza e diversidade e uma tendência a diminuição da biomassa. A macrofauna bentônica também é diferenciada, apesar de não ser possível atribuir essa diferença somente à presença das trutas.

Prescrição de vazão ecológica : aspectos conceituais e técnicos para bacias com carência de dados

A implementação da outorga do uso da água no Brasil implica no estabelecimento de um balanço hídrico de disponibilidades quali-quantitativas, que permita, ao gestor do recurso hídrico, determinar se existe possibilidade de incluir algum uso novo na bacia hidrográfica ou se é necessário algum tipo de racionamento do uso da água. Este balanço deve garantir que as vazões necessárias para o abastecimento público e para a manutenção dos ecossistemas aquáticos e ribeirinhos sejam mantidas. Nesta tese, discute-se a evolução da ecologia de rios e sua implicação nas metodologias desenhadas para avaliação de vazões ecológicas, demonstrando-se que metodologias sintonizadas com os avanços teóricos da ecologia de rios somente surgem no final do século XX e início do século XXI. Discute-se, também, a necessidade de desenvolvimento de metodologias constituídas com ancoragem ecológica em situações de carência ou ausência de dados, que compõem a realidade da maior parte da rede hidrográfica brasileira. Propõe-se uma metodologia e apresenta-se um programa (FFTSint) para avaliação da significância de pulsos em análise espectral de séries temporais de vazões diárias, com base em séries sintéticas, partindo-se do pressuposto de que processos adaptativos, manifestados em termos de tipos funcionais de plantas, dependem de um grau de previsibilidade dos pulsos (associada a pulsos significativos) A série de vazões diárias, filtrada com utilização do FFTSint, é o hidrograma significativo, que pode, então ser estudado através de programas como o IHA e Pulso. Aplicou-se esta abordagem metodológica na estação fluviométrica Rosário do Sul, rio Santa Maria, Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, onde verificou-se que o hidrograma significativo, está associado às cotas mais baixas da planície de inundação, enquanto que os componentes aleatórios do hidrograma estão associados às cotas mais altas. Discute-se que processos adaptativos estão associados aos componentes previsíveis, enquanto que processos sucessionais estão mais associados aos aleatórios. Esta observação permitiu a construção de um conjunto de limitações ecológicas ao regime de vazões resultantes do uso na bacia hidrográfica, utilizando-se descritores do regime de pulsos da série não filtrada (original) para as cotas mais altas e descritores filtrados com alta significância para as cotas mais baixas.

Caracterização de microorganismos aquáticos por processamento digital de imagens e redes neurais artificiais

A identificação e o monitoramento de microorganismos aquáticos, como bactérias e microalgas, tem sido uma tarefa árdua e morosa. Técnicas convencionais, com uso de microscópios e corantes, são complexas, exigindo um grande esforço por parte dos técnicos e pesquisadores. Uma das maiores dificuldades nos processos convencionais de identificação via microscopia é o elevado número de diferentes espécies e variantes existentes nos ambientes aquáticos, muitas com semelhança de forma e textura. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização e classificação de microorganismos aquáticos (bactérias e microalgas), bem como a determinação de características cinemáticas, através do estudo da mobilidade de microalgas que possuem estruturas que permitem a natação (flagelos). Para caracterização e reconhecimento de padrões as metodologias empregadas foram: o processamento digital de imagens e redes neurais artificiais (RNA). Para a determinação da mobilidade dos microorganismos foram empregadas técnicas de velocimetria por processamento de imagens de partículas em movimento (Particle Tracking Velocimetry - PTV). O trabalho está dividido em duas partes: 1) caracterização e contagem de microalgas e bactérias aquáticas em amostras e 2) medição da velocidade de movimentação das microalgas em lâminas de microscópio. A primeira parte envolve a aquisição e processamento digital de imagens de microalgas, a partir de um microscópio ótico, sua caracterização e determinação da densidade de cada espécie contida em amostras. Por meio de um microscópio epifluorescente, foi possível, ainda, acompanhar o crescimento de bactérias aquáticas e efetuar a sua medição por operadores morfológicos. A segunda parte constitui-se na medição da velocidade de movimentação de microalgas, cujo parâmetro pode ser utilizado como um indicador para se avaliar o efeito de substâncias tóxicas ou fatores de estresse sobre as microalgas. O trabalho em desenvolvimento contribuirá para o projeto "Produção do Camarão Marinho Penaeus Paulensis no Sul do Brasil: Cultivo em estruturas Alternativas" em andamento na Estação Marinha de Aquacultura - EMA e para pesquisas no Laboratório de Ecologia do Fitoplâncton e de Microorganismos Marinhos do Departamento de Oceanografia da FURG. O trabalho propõe a utilização dos níveis de intensidade da imagem em padrão RGB e oito grandezas geométricas como características para reconhecimento de padrões das microalgas O conjunto proposto de características das microalgas, do ponto de vista de grandezas geométricas e da cor (nível de intensidade da imagem e transformadas Fourier e Radon), levou à geração de indicadores que permitiram o reconhecimento de padrões. As redes neurais artificiais desenvolvidas com topologia de rede multinível totalmente conectada, supervisionada, e com algoritmo de retropropagação, atingiram as metas de erro máximo estipuladas entre os neurônios de saída desejados e os obtidos, permitindo a caracterização das microalgas.

Discriminação de ambientes aquáticos poluídos e não poluídos através da amplificação e clivagem do rDNA 16S

O crescimento desordenado da população e a expansão mal planejada das cidades, tem levado a precariedade das condições de saneamento e abastecimento hídrico, tornando a água um importante meio de desenvolvimento e transporte de microrganismos, muitos destes patogênicos. Desta maneira, torna-se necessário além da busca de soluções, o monitoramento eficiente e constante dos níveis e focos de contaminação. O presente trabalho teve como objetivo principal diferenciar ambientes aquáticos poluídos de não poluídos por contaminação de origem fecal, através de padrões moleculares. Para tanto foram escolhidos os arroios Feijó e Carvão, localizados na região metropolitana de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, de onde foram coletadas amostras de água no verão e no inverno de 2001, submetidas a determinação do número mais provável (NMP) de coliformes totais e fecais, através da fermentação em tubos múltiplos. No Arroio Feijó foram observados índices de coliformes fecais superiores ao arroio Carvão, portanto o primeiro foi considerado modelo de ambiente aquático poluído e o segundo, não poluído. Seguiu-se a extração do DNA total das amostras brutas, amplificação do rDNA 16S pela PCR e clivagem destes com as enzimas de restrição Rsa I, Taq I e Alu I. Os padrões de clivagens observados com Rsa I sugerem a discriminação destes ambientes, uma variação sazonal foi observada entre as amostras de verão e inverno. O método mostrou-se sensível para uma análise comparativa entre estruturas de comunidades bacterianas em ambientes aquáticos.

Análise dos principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado do Taim (RS)

Os ecossistemas conhecidos como banhados são corpos d’água rasos de grande importância ecológica, embora apenas recentemente isso começou a ser reconhecido. Além de servirem de habitat para uma diversidade de espécies de seres vivos e constituírem áreas de transição entre ambientes aquáticos e terrestres, os banhados ainda são responsáveis pela atenuação de cheias, melhoria da qualidade da água e recarga/descarga de águas subterrâneas. Ao lado da oscilação natural do nível da água, conhecido como hidroperíodo, a circulação da água desempenha um papel de fundamental importância na estrutura e no funcionamento dos banhados. Tais ecossistemas são caracterizados por pequenas lâminas d’água e pela grande presença de macrófitas aquáticas, que são sensíveis a alterações no nível e no padrão de circulação da água. Isso tem ocorrido no banhado do Taim (RS), objeto deste estudo, em decorrência da ação antrópica, como a captação de água para orizicultura e a operação das comportas de saída para a lagoa Mirim. Neste trabalho, aplicou-se um modelo hidrodinâmico bidimensional horizontal (modelo IPH-A), associado a um algoritmo de secagem/inundação, ao sistema formado pela lagoa Mangueira e pelo banhado do Taim, procurando analisar os principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado. Foram avaliados os efeitos decorrentes da ação de cisalhamento do vento na superfície da água, da resistência ao escoamento e da proteção contra a ação do vento proporcionados pelas macrófitas aquáticas e a interação com a lagoa Mangueira. A resistência da vegetação ao escoamento foi representada na modelagem pela adoção de um coeficiente de Manning superior ao das áreas consideradas sem vegetação e, para representar o efeito protetor contra a ação do vento, considerou-se uma redução da tensão de cisalhamento na superfície da água nas áreas com vegetação. Verificou-se, através das simulações numéricas, que os fatores analisados têm papel fundamental sobre a hidrodinâmica do Taim, estando fortemente associados entre si. Em particular, os resultados mostraram que a distribuição espacial da vegetação norteia o padrão geral da circulação da água no banhado e sua ocorrência, principalmente na interface com a lagoa, diminui a influência desta sobre o Taim, significativamente. Outro fato relevante é que, conforme o nível da água, diferentes regiões do banhado ficam secas, resultando padrões hidrodinâmicos distintos, que também diferem quanto à influência que sofrem do vento e da lagoa Mangueira.

Comunidades fúngicas endofítica, epifítica e rizosférica em diferentes ecossistemas

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de três ecossistemas sobre, a ocorrência de fungos rizosféricos, endofíticos e epifíticos. As áreas de estudo estão localizadas em uma propriedade rural, situada na cidade de Venâncio Aires, RS. Os fungos endofíticos e epifíticos foram isolados de amostras de raízes de guajuvira, (Patagonula americana L.), coletadas na mata (área 1), de uva-do-japão (Hovenia dulcis Thunb.), na área intermediária (área 2) e de fumo ou de milho, na lavoura (área 3) e, os fungos rizosféricos isolados de solo coletado junto as raízes dos vegetais citados. As amostras foram coletadas nos meses de janeiro, maio, setembro e novembro de 2004 e 2005. Os fungos foram identificados segundo características morfológicas com auxílio de chaves de identificação. As áreas 2 e 3 foram mais similares com relação aos fungos rizosféricos e epifíticos, enquanto, que, as áreas 1 e 2 foram mais similares com relação aos fungos endofíticos. A diversidade dos fungos isolados das três áreas não diferiu ao longo dos dois anos de coleta. A presença de Fusarium spp., em vegetais sem sintomas de doença indica que, as mesmas podem ser raças avirulentas ou patógenos latentes em equilíbrio com o hospedeiro e o ambiente. A presença de fungos antagonistas, principalmente Trichoderma spp. também, são responsáveis por esse equilíbrio, o qual ocorre nas três áreas.