Modelling fixed plant and algal dynamics in rivers: an application to the River Frome

The development of eutrophication in river systems is poorly understood given the complex relationship between fixed plants, algae, hydrodynamics, water chemistry and solar radiation. However there is a pressing need to understand the relationship between the ecological status of rivers and the controlling environmental factors to help the reasoned implementation of the Water Framework Directive and Catchment Sensitive Farming in the UK. This research aims to create a dynamic, process-based, mathematical in-stream model to simulate the growth and competition of different vegetation types (macrophytes, phytoplankton and benthic algae) in rivers. The model, applied to the River Frome (Dorset, UK), captured well the seasonality of simulated vegetation types (suspended algae, macrophytes, epiphytes, sediment biofilm). Macrophyte results showed that local knowledge is important for explaining unusual changes in biomass. Fixed algae simulations indicated the need for the more detailed representation of various herbivorous grazer groups, however this would increase the model complexity, the number of model parameters and the required observation data to better define the model. The model results also highlighted that simulating only phytoplankton is insufficient in river systems, because the majority of the suspended algae have benthic origin in short retention time rivers. Therefore, there is a need for modelling tools that link the benthic and free-floating habitats.

Suspended and bed load sediment transport dynamics in two lowland UK streams—storm integrated monitoring

A great deal of work recently has focused on suspended and bedload sediment transport, driven primarily by interest in contaminant transfer. However, uncertainties regarding the role of storm events, macrophyte beds and interactions between the two phases of sediment still exist. This paper compares two study sites within the same catchment whose geology varies significantly. The differences in hydrology, suspended sediment (SS) transport and bed load transport that this causes are examined. In addition, a method to predict the mobilization of different size fractions of sediment during given flows is investigated using critical entrainment thresholds.

Pediastrum species as potential indicators of lake-level change in tropical South America

We explored the potential for using Pediastrum (Meyen), a genus of green alga commonly found in palaeoecological studies, as a proxy for lake-level change in tropical South America. The study site, Laguna La Gaiba (LLG) (17°45′S, 57°40′W), is a broad, shallow lake located along the course of the Paraguay River in the Pantanal, a 135,000-km2 tropical wetland located mostly in western Brazil, but extending into eastern Bolivia. Fourteen surface sediment samples were taken from LLG across a range of lake depths (2-5.2 m) and analyzed for Pediastrum. We found seven species, of which P. musteri (Tell et Mataloni), P. argentiniense (Bourr. et Tell), and P. cf. angulosum (Ehrenb.) ex Menegh. were identified as potential indicators of lake level. Results of the modern dataset were applied to 31 fossil Pediastrum assemblages spanning the early Holocene (12.0 kyr BP) to present to infer past lake level changes qualitatively. Early Holocene (12.0-9.8 kyr BP) assemblages do not show a clear signal, though abundance of P. simplex (Meyen) suggests relatively high lake levels. Absence of P. musteri, characteristic of deep, open water, and abundance of macrophyte-associated taxa indicate lake levels were lowest from 9.8 to 3.0 kyr BP. A shift to wetter conditions began at 4.4 kyr BP, indicated by the appearance of P. musteri, though inferred lake levels did not reach modern values until 1.4 kyr BP. The Pediastrum-inferred mid-Holocene lowstand is consistent with lower precipitation, previously inferred using pollen from this site, and is also in agreement with evidence for widespread drought in the South American tropics during the middle Holocene. An inference for steadily increasing lake level from 4.4 kyr BP to present is consistent with diatom-inferred water level rise at Lake Titicaca, and demonstrates coherence with the broad pattern of increasing monsoon strength from the late Holocene until present in tropical South America.

Estudo comparativo da variação temporal da comunidade fitoplanctônica do açude Cruzeta inserido no bioma caatinga, Rio Grande do Norte

The Cruzeta impoundment, situated in the city of Cruzeta, hinterland of the state of the Rio Grande do Norte state has significant importance to the municipality as it represents the only source of supplying water to the region. It was hypothesized that the regional consequence of the global warming and the warming of surface water could substantially contribute the significant growth of the aquatic macrophytes in the years 2008-2009. The growth of these vegetation believed to be improved the degree of water transparency and as a consequence of the improved growth of phytoplankton species and chlorophyll biomass. At the same time the aquatic macrophyte could interact and compete potentially for the dissolved inorganic nutrients resources and the phytoplankton community. This study presents a comparison of years 2004-2005 when it did not have the expressive presence of the aquatic macrophyte community or restricted to the littoral region. In contrast, the years 2008-2009 showed a significant growth of the aquatic macrophyte in the Cruzeta/RN impoundments. The present study is an attempt to elucidate the significant presence of the aquatic macrophyte, Eichhornia crassipes, Ceratophyllum submersum, Nymphea sp and Pistia sp, and its interference on the ecology of phytoplankton. The samplings had been carried out from September of 2008 to April of 2009 and consistently between 10:00 h and 12:00 h with the aid of Van Dorn bottle and the plankton net of mesh size 20 Qm. The collections were made in three depths ie., surface, mid-column and bottom. The Physical-Chemical parameters such as pH, temperature, electrical conductivity and dissolved oxygen had been analyzed in situ. The samples for analysis of nutrients and chlorophyll were kept under refrigeration for posterior analysis in the laboratory. Phytoplankton samples were preserved in Lugol-iodine and kept for sedimentation for quali-quantitative analysis of phytoplankton. Enumeration of cells, colonies and filaments was done with the aid of Sedgwick-Rafter counting chamber and expressed as numbers/ml. Chlorophyll a was analyzed as a functional component of phytoplankton biomass and extracted with cold 90% acetone. The results indicate that the chlorophyll concentration varied between 5,65-8,08 Qg.L-1 for the dry period and 5,09-6,23 Qg.L-1 for the rainy period and showed considerable reduction when compared to the values to the 2004-2005 study period. The temperature was always presented higher in relation to the 2004-2005 study. Phytoplankton species showed a relative abundance of the Cyanophyceae for both the period of dry and rainy. The predominance species are filamentous Leptolymbya geophila Borzi (Planctolyngbya sp), Anabaena plankctônica Brunnthaler, Oscillatória limosa Ag. and Cylindrospermopsis raciborskii (Wolosz). The concentration of the nutrients such as nitrate and orto-phosfato had always presented higher values during the rainy period and the ammoniacal nitrogen retained moderate values in the dry period and a slight increase in rainy season. The main conclusions are the reduction of the concentration of chlorophyll, diversity of phytoplankton, and the increase in temperature and transparency of the water during the period of the study

The feeding activity of Colossoma macropomum larvae (tambaqui) in fishponds with water hyacinth (Eichhornia crassipes) fertilizer

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cultivo de Ankistrodesmus gracilis (Reisch) Korsikov (Chlorophyta) em laboratório utilizando meio CHU12 e de macrófita com NPK

Two different culture media, namely CHU12 and inorganic fertilizer NPK (20-5-20) associated with macrophyte (Eichhornia crassipes) extract, were used to evaluate the development of A. gracilis. Growth rate, development, nutritional value and medium water quality were analyzed. A. gracilis in macrophyte+NPK medium had mean cell density (333x10(5) cells/mL) higher than medium CHU12 (302x10(5) cells/mL). Protein rate (12.52% PS), dry weight (397x10(7) pg/cell) and ashes (4.08x10(7) pg/cell) in A. gracilis was higher (p<0.05) than medium macrophyte+NPK. on the other hand, lipids, carbohydrates and fibers had the same rate (p>0.05) in both media. When hydrological variables in the culture medium of A. gracilis are taken into account, dissolved oxygen and free CO2 alone failed to have any significant difference (p>0.05) between the media employed. A. gracilis in the macrophyte+NPK medium had the same nutritional rate as the commercial medium CHU12, with excellent results for alga growth. Macrophyte medium may be used for large scale alga culture in the feed of fish larvae.

Changes in biomass, chemical composition and nutritive value of Spartina alterniflora due to organic pollution in the Itanhaém River Basin (SP, Brazil)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeitos do manejo de Eichhornia crassipes sobre a qualidade da água em condições de mesocosmos

As macrófitas, apesar da enorme importância na dinâmica do ambiente aquático, quando formam extensas e densas colonizações, promovem uma série de prejuízos ao ambiente e aos usos múltiplos dos reservatórios. Nessas situações, há necessidade de redução de seu tamanho populacional, seja reduzindo as condições favoráveis ao crescimento, seja por meio do controle direto das plantas. Dentre as macrófitas aquáticas que promovem esses tipos de problema, o aguapé (Eichhornia crassipes) é considerada a mais importante. Seu controle é praticado em todo o mundo. O diquat tem sido bastante utilizado para o controle desta planta, em razão de seu baixo custo, eficácia, rapidez de controle e baixa toxicidade no ambiente aquático. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os possíveis impactos causados pelo controle de Eichhornia crassipes sobre algumas características de qualidade da água em mesocosmos. Para isso, cinco situações experimentais foram estudadas: CPCH - mesocosmo colonizado por aguapé, o qual foi controlado pela aplicação do herbicida diquat; CPCG - mesocosmo colonizado por aguapé, o qual foi morto por congelamento; CPSH - mesocosmo colonizado com aguapé, sem controle; SPCH - mesocosmo sem macrófitas e com aplicação de diquat na superfície da água; e SPSH - mesocosmo sem macrófitas aquáticas e sem aplicação. O herbicida diquat foi utilizado na dose de 7,0 L da formulação comercial Reward/ha. A temperatura foi mais elevada nos mesocosmos sem plantas, devido à maior incidência de raios solares na coluna d'água. As concentrações de oxigênio dissolvido foram menores nos mesocosmos colonizados pelo aguapé e também tiveram rápida queda após o controle das plantas tanto com diquat como por congelamento. O pH da água foi maior nos mesocosmos sem a cobertura da macrófita. Os valores de sólidos totais dissolvidos (STD) e de condutividade elétrica foram maiores nos tratamentos com morte por congelamento e pelo diquat e em mesocosmos colonizados sem controle da macrófita. Esse efeito pode ser devido à presença de material orgânico em suspensão e à maior concentração de nutrientes presentes na água. Comparando os mesocosmos sem plantas, sem e com a aplicação de diquat na superfície da água, os valores das características avaliadas foram estatisticamente similares, levando à conclusão de que as alterações observadas nos fatores analisados decorrem principalmente da decomposição das plantas.

Doses e horário de aplicação do diquat no controle de Eichhornia crassipes

O aguapé (Eichhornia crassipes) é uma das mais importantes macrófitas aquáticas que colonizam reservatórios e corpos hídricos nas regiões tropicais e subtropicais do mundo, causando uma série de interferências no uso múltiplo da água e do corpo hídrico e no controle de vetores de doenças humanas. Para evitar prejuízos econômicos, sociais, estéticos e ao meio ambiente, essas plantas são controladas por vários métodos, incluindo o controle químico com o uso de herbicidas. Com o objetivo de avaliar a eficácia do herbicida diquat no controle dessa macrófita aquática, foram instalados dois ensaios em casa de vegetação. No primeiro, foram comparadas duas formulações (Reward® e Reglone®) aplicadas em dois horários (diurno e noturno) e em quatro doses (0,1, 0,2, 0,3 e 0,4 kg ha-1), num esquema fatorial 2 x 2 x 4, com seis repetições. Os resultados mostraram que a formulação Reward® foi mais eficiente no controle dessa macrófita, agindo mais rapidamente, sobretudo em menores doses, e que as aplicações realizadas no período noturno apresentavam melhor desempenho no controle em relação às realizadas no período diurno. Assim, um segundo ensaio foi realizado utilizando apenas a formulação Reward®, comparando a aplicação no período noturno e no diurno e as doses de 0,1, 0,2, 0,3 e 0,4 kg ha-1, obedecendo a um esquema fatorial 2 x 4. As plantas de aguapé foram cultivadas em caixas-d'água, e o delineamento experimental adotado foi em blocos ao acaso com quatro repetições, considerando a posição das caixas dentro da casa de vegetação. Os resultados confirmaram que o diquat é eficiente no controle do aguapé, principalmente nas doses de 0,3 e 0,4 kg ha¹ em aplicações noturnas. Doses baixas e aplicações diurnas não impediram intensas rebrotas das plantas afetadas.

Efficiency of a constructed wetland for wastewaters treatment

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Utilização de análise multivariada e redes neurais artificiais na determinação do comportamento de colonização de populações de macrófitas aquáticas no reservatório de Santana

As análises de agrupamento e de componentes principais e as redes neurais artificiais foram utilizadas na determinação de padrões de comportamento das populações de macrófitas aquáticas que colonizaram o reservatório de Santana, Piraí-RJ, durante o ano de 2004. As análises de agrupamento dividiram o comportamento das populações durante o ano em dois grupos distintos, apresentando um padrão no primeiro semestre que difere daquele observado no segundo semestre do ano. A análise de componentes principais demonstrou que esse comportamento da comunidade (grupo de populações) é influenciado principalmente pelas espécies S. montevidensis, Heteranthera reniformis, Ludwigia sp., Rhynchospora aurea, C. iria, C. ferax e Aeschynomene denticulata no primeiro grupo e por Echinochloa polystachya, Polygonum lapathifolium, Alternanthera phyloxeroides, Pistia stratiotes, Eichhornia azurea, Brachiaria arrecta e Oxyscarium cubense no segundo grupo. As redes neurais artificiais agruparam as populações de macrófitas aquáticas em nove grupos, conforme sua densidade nos diferentes meses do ano. A aplicação da análise de componentes principais (ACP) nos valores de frequência das populações presentes nos primeiros três grupos de Kohonen permitiu discriminar três grupos de meses, cujas populações apresentaram características diferentes de colonização. A aplicação das redes neurais artificiais permitiu melhor discriminação dos meses e das espécies que compõem as comunidades correspondentes, quando utilizada a análise de componentes principais.

Dinâmica da comunidade de macrófitas aquáticas no reservatório de Santana, RJ

Apesar da importância na dinâmica dos ecossistemas aquáticos, as macrófitas podem formar densas e extensas colonizações em corpos hídricos cujos equilíbrios ecológicos foram rompidos. Nessas condições, essas plantas promovem uma série de problemas que as tornam alvos de controle. Para elaboração de planos adequados de manejo dessa vegetação, é fundamental o conhecimento das dinâmicas relativas das populações que a compõem. O objetivo deste trabalho foi realizar levantamentos mensais da composição específica da comunidade de macrófitas que coloniza o reservatório de Santana, localizado no município de Piraí/RJ, monitorando 97 pontos georreferenciados, abrangendo toda a lâmina d'água. Foram identificadas 41 espécies, inseridas em 21 famílias botânicas. As famílias Poaceae, Pontederiaceae e Cyperacae foram as que apresentaram os maiores números de espécies ao longo do ano. Salvinia herzogii e Egeria densa apresentaram as maiores notas anuais de colonização do reservatório. As populações de Eichhornia azurea, Brachiaria arrecta e Paspalum repens completaram o grupo das espécies numericamente mais relevantes. As plantas de hábito flutuante tenderam a apresentar populações com padrão de distribuição geográfica casualizado, enquanto as espécies fixadas no sedimento e as submersas apresentaram populações com padrão agregado. Não houve expressivas variações mensais dos valores dos índices de diversidade (H') e de equitabilidade (E') das comunidades de macrófitas aquáticas ao longo do ano. O dendrograma construído com o coeficiente de Odum mostrou uma seqüência lógica dos meses, evidenciando uma definida sucessão de populações divididas em dois grupos de similaridade separados pelo mês de junho. Nessa época, o nível de água do reservatório foi reduzido e o sedimento ficou exposto, favorecendo as espécies de hábito emergente.

Plantas aquáticas e nível de infestação das espécies presentes no reservatório de Bariri, no Rio Tietê

O monitoramento da vegetação aquática permite avaliar a evolução das comunidades e determinar o potencial de danos associados a essas populações. O objetivo do trabalho foi identificar as plantas aquáticas e os níveis de infestação de cada espécie, presentes no reservatório de Bariri. Foram avaliados todos os focos de vegetação aquática presente na represa (194 pontos), e os pontos foram demarcados com um aparelho de GPS. As plantas foram identificadas e realizou-se uma estimativa visual do valor geográfico do ponto (tamanho da área) e a distribuição proporcional das plantas no foco de infestação. Foram encontradas 15 espécies de plantas aquáticas vegetando na represa de Bariri. Considerando que as principais espécies ocorreram com níveis de infestação acima de 10%, as mais importantes foram: Brachiaria mutica (27,0% da área e 97,4% de freqüência), B. subquadripara (22,7% da área e 96,9% de freqüência), Eichhornia crassipes (13,8% da área e 85,6% de freqüência) e Typha angustifolia (16,7% da área e 72,7% de freqüência). Outra espécie que pode ser destacada e que apresentou um bom potencial de infestação foi Enidra sessilis, que ocorreu em 8,9% de ocupação na área vegetada e com 76,3% de freqüência.

Avaliação da decomposição de plantas aquáticas no solo através da liberação de CO2

O objetivo deste trabalho foi avaliar a decomposição de três espécies de plantas aquáticas imersas, incorporadas ao solo, provenientes do controle mecânico, em reservatórios de usinas hidrelétricas. O estudo foi realizado em casa de vegetação, localizada no Núcleo de Pesquisas Avançadas em Matologia (NUPAM) da FCA/Unesp-Botucatu. A avaliação foi conduzida em vasos contendo 14 kg de solo, com três incorporações de 50 e 100 t MF de plantas ha-1, sob duas condições de solo: seco e úmido. Com a simulação de descarte da biomassa coletada e incorporada ao solo, pôde-se conhecer, através da liberação de CO2, a degradação de três espécies de macrófitas aquáticas submersas. Para quantificação do CO2 liberado, em cada vaso foi acondicionado um frasco com solução de NaOH, sendo, logo após, lacrados e incubados por 24 horas; em seguida, foram titulados com HCl. Para ajuste e interpolação dos dados, estes foram analisados seguindo modelo de Mitscherlich, com algumas modificações. As liberações acumuladas em solo úmido foram de 1.294 e 1.582 kg CO2 ha-1, sendo 6,2 e 5,6 vezes superiores ao ocorrido em solo seco, para 50 e 100 t MF ha-1, respectivamente, observando-se que cerca de 55% da liberação de CO2 ocorreu nos primeiros 30 dias. Pode-se concluir que o solo seco é a melhor condição para descarte e incorporação da biomassa, porém deverá existir um sistema de irrigação para que o processo de degradação da biomassa incorporada seja acelerado.

Eficiência de fluridone no controle de plantas aquáticas submersas e efeitos sobre algumas características ambientais

O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência do herbicida fluridone no controle de plantas aquáticas submersas (Egeria densa, Egeria najas e Ceratophyllum demersum), assim como seus efeitos sobre algumas características ambientais. A pesquisa foi conduzida no reservatório da Usina Hidrelétrica Eng. Souza Dias (Jupiá), região noroeste do Estado de São Paulo, em uma reentrância denominada lagoa Vírgula. A lagoa foi dividida em nove faixas e seis delas receberam uma aplicação inicial de fluridone para se obter uma concentração de 20 ppb. As aplicações subseqüentes foram dimensionadas para recompor esta concentração. Para o estudo do carreamento do herbicida pelo fluxo de água, foi efetuado o monitoramento das suas concentrações nas nove faixas da lagoa (com e sem aplicação) e em áreas a jusante e a montante. Foram analisados os efeitos do fluridone sobre características ambientais como: turbidez, temperatura da água, condutividade elétrica, concentração de oxigênio, pH e resíduos de fluridone. A eficácia do controle foi avaliada visualmente (pelos sintomas de fitointoxicação nas três espécies estudadas) e pela amostragem de biomassa. Observou-se que o fluridone controlou de forma satisfatória E. najas e E. densa. Quando cessou o efeito do fluridone, aconteceu a reinfestação de E. densa e E. najas. Não houve controle de C. demersum. O fluridone não produziu efeitos adversos sobre as características de qualidade ambiental estudadas.