Plant-mediated effects on microbial diversity in mesocosms of an oligotrophic bog

Globally, peatlands occupy a small portion of terrestrial land area but contain up to one-third of all soil organic carbon. This carbon pool is vulnerable to increased decomposition under projected climate change scenarios but little is known about how plant functional groups will influence microbial communities responsible for regulating carbon cycling processes. Here we examined initial shifts in microbial community structure within two sampling depths under plant functional group manipulations in mesocosms of an oligotrophic bog. Microbial community composition for bacteria and archaea was characterized using targeted 16S rRNA Illumina gene sequencing. We found statistically distinct spatial patterns between the more shallow 10-20 cm sampling depth and the deeper 30-40 cm depth. Significant effects by plant functional groups were found only within the 10-20 cm depth, indicating plant-mediated microbial community shifts respond more quickly near the peat surface. Specifically, the relative abundance of Acidobacteria decreased under ericaceous shrub treatments in the 10-20 cm depth and was replaced by increased abundance of Gammaproteobacteria and Bacteroidetes. In contrast, the sedge rhizosphere continued to be dominated by Acidobacteria but also promoted an increase in the relative recovery of Alphaproteobacteria and Verrucomicrobia. These initial results suggest microbial communities under ericaceous shrubs may be limited by anaerobic soil conditions accompanying high water table conditions, while sedge aerenchyma may be promoting aerobic taxa in the upper peat rhizosphere regardless of ambient soil oxygen limitations.

Characterisation of the effect of a simulated hydrocarbon spill on diazotrophs in mangrove sediment mesocosm

An analysis of the effect of an oil spill on mangrove sediments was carried out by contamination of mesocosms derived from two different mangroves, one with a history of contamination and one pristine. The association between N(2) fixers and hydrocarbon degradation was assessed using quantitative PCR (qPCR) for the genes rrs and nifH, nifH clone library sequencing and total petroleum hydrocarbon (TPH) quantification using gas chromatography. TPH showed that the microbial communities of both mangroves were able to degrade the hydrocarbons added; however, whereas the majority of oil added to the mesocosm derived from the polluted mangrove was degraded in the 75 days of the experiment, there was only partially degradation in the mesocosm derived from the pristine mangrove. qPCR showed that the addition of oil led to an increase in rrs gene copy numbers in both mesocosms, having almost no effect on the nifH copy numbers in the pristine mangrove. Sequencing of nifH clones indicated that the changes promoted by the oil in the polluted mangrove were greater than those observed in the pristine mesocosm. The main effect observed in the polluted mesocosm was the selection of a single phylotype which is probably adapted to the presence of petroleum. These results, together with previous reports, give hints about the relationship between N(2) fixation and hydrocarbon degradation in natural ecosystems.

Efectos del herbicida Paraquat sobre el zooplancton

The effects of 0.1; 0.2; 0.4 and 0.8 mlPQ/L were analized on a zooplankton community, to determine the most sensitive species and to analize the occurence of physical abnormalities. A total of 40 taxa were determined. Paraquat affected significantly the zooplankton density but not the species richness. A progressive state of deformation of these organisms was also observed. Paraquat showed to be highly toxic for the zooplankton, so this herbicide should be strictly regulated in aquatic and terrestrial ecosystems.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Generalist hydrocarbon-degrading bacterial communities in the oil-polluted water column of the North Sea.

The aim of this work was to determine the effect of light crude oil on bacterial communities during an experimental oil spill in the North Sea and in mesocosms (simulating a heavy, enclosed oil spill), and to isolate and characterize hydrocarbon-degrading bacteria from the water column. No oil-induced changes in bacterial community (3 m below the sea surface) were observed 32 h after the experimental spill at sea. In contrast, there was a decrease in the dominant SAR11 phylotype and an increase in Pseudoalteromonas spp. in the oiled mesocosms (investigated by 16S rRNA gene analysis using denaturing gradient gel electrophoresis), as a consequence of the longer incubation, closer proximity of the samples to oil, and the lack of replenishment with seawater. A total of 216 strains were isolated from hydrocarbon enrichment cultures, predominantly belonging to the genus Pseudoaltero monas; most strains grew on PAHs, branched and straight-chain alkanes, as well as many other carbon sources. No obligate hydrocarbonoclastic bacteria were isolated or detected, highlighting the potential importance of cosmopolitan marine generalists like Pseudoalteromonas spp. in degrading hydrocarbons in the water column beneath an oil slick, and revealing the susceptibility to oil pollution of SAR11, the most abundant bacterial clade in the surface ocean.

Use of grass carp (Ctenopharyngodon idella) as a biological control agent for submerged aquatic macrophytes

This study aimed to evaluate feed preference and control efficacy of grass carp (Ctenopharyngodon idella) on the aquatic macrophytes Ceratophyllum demersum, Egeria densa and Egeria najas. An experiment was carried out at mesocosms conditions with 2,000 liters capacity and water residence time of 2.8 days. C. demersum, E. densa e E. najas biomasses were offered individually with sixty g and coupled in similar quantities of 30 g of each species, evaluated during 81 days, envolving 6 treatments. (1 - C. demersum, 2 - E. najas, 3 -E. densa, 4 - C. demersum + E. najas, 5 - C. demersum + E. densa and 6 - E. najas + E. densa). When offered individually, E. najas and C. demersum presented the same predation rate by grass carp, which was higher than E. densa predation rate. When plants were tested in pairs, the order of feed preference was C. demersum > E. najas > E. densa. E. najas and C. demersum percentage control ranged from 73 to 83%. No relation between biomass consumption and grass carp body weight gain was observed, probably due to differences in nutritional quality among macrophyte species according to fish necessities. Therefore, it is concluded that the use of grass carp is one excellent technique to control submersed macrophytes in Brazil.

Food webs of Mediterranean coastal wetlands

En aquesta tesi doctoral s'han estudiat els efectes directes i indirectes de dos tipus d'espècies claus de la comunitat aquàtica dels aiguamolls de l'Empordà (aiguamolls costaners mediterranis amb una xarxa tròfica senzilla). S'han realitzat experiments al camp utilitzant microcosmos i mesocosmos i els resultats han estat analitzats mitjançant tres aproximacions: la taxonòmica, la funcional i la de mides. S'ha comprovat que en situacions amb absència de predadors i dominància d'una única espècie en el zooplàncton (en aquest cas Calanipeda aquaedulcis i Daphnia magna), la segregació del recurs entre els diferents estadis de desenvolupament de la mateixa espècie zooplanctònica és una estratègia per evitar la competència intraespecífica en condicions de limitació de recurs. Per altra banda, la presència de diferents top-predators a la comunitat aquàtica (en aquest cas la medusa Odessia maeotica i el peix Aphanius iberus) desencadena una cascada tròfica en el plàncton però amb efectes top-down diferents segons el top-predator.

Earthworm induced mineral weathering: preliminary results

The role of earthworms in mineral weathering was investigated. The minerals anorthite, biotite, olivine, smectite and kaolinite were mixed with a sterilized manure substrate. Two treatments were used: minerals with earthworms and minerals without earthworms. The earthworms were established in mesocosms and left to process the substrates for 1, 2, 4 and 6 months. Four sacrificial replicates were used per time period. Changes in mineralogy were analysed using X-ray diffraction. Weathering of anorthite, biotite, smectite and kaolinite appears to be accelerated by the earthworms. There was evidence for the transformation of smectite to illite and the formation of a new mineral phase from kaolinite. Olivine appears not to be weathered by earthworms. Different minerals also appear to weather at different rates. (c) 2007 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Soil phosphorus dynamics and phytoavailability from sewage sludge at different stages in a treatment stream

The effect of different stages of sewage sludge treatment on phosphorus (P) dynamics in amended soils was determined using samples of undigested liquid (UL), anaerobically digested liquid (AD) and dewatered anaerobically digested (DC) sludge. Sludges were taken from three points in the same treatment stream and applied to a sandy loam soil in field-based mesocosms at 4, 8 and 16t ha−1 dry solids. Mesocosms were sown with perennial ryegrass (Lolium perenne cv. Melle), and the sward was harvested after 35 and 70 days to determine yield and foliar P concentration. Soils were also sampled during this period to measure P transformations and the activities of acid phosphomonoesterase and phosphodiesterase. Data show that the AD amended soils had the greatest plant-available and foliar P content up to the second harvest, but the UL amended soils had the greatest enzyme activity. Characterisation of control and 16t ha−1 soils and sludge using solution 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy after NaOH–EDTA extraction revealed that P was predominantly in the inorganic pool in all three sludge samples, with the highest proportion (of the total extracted P) as inorganic P in the anaerobically digested liquid sludge. After sludge incorporation, P was immobilised to organic species. The majority of organic P was in monoester-P forms, while the remainder of organic P (diester P and phosphonate P) was more susceptible to transformations through time and showed variation with sludge type. These results show that application of sewage sludge at rates as low as 4t ha−1 can have a significant nutritional benefit to ryegrass over an initial 35-day growth and subsequent 35-day re-growth periods. Differences in P transformation, and hence nutritional benefit, between sludge types were evident throughout the experiment. Thus, differences in sludge treatment process alter the edaphic mineralisation characteristics of biosolids derived from the same source material.

Efeitos da tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) e do enriquecimento por nutrientes sobre a comunidade planctônica em um lago artificial no semi-árido brasileiro

The major aim of this study was to test the hypothesis that the introduction of the Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and the enrichment with nutrients (N and P) interact synergistically to change the structure of plankton communities, increase phytoplankton biomass and decrease water transparency of a semi-arid tropical reservoir. One field experiment was performed during five weeks in twenty enclosures (8m3) to where four treatments were randomly allocated: with tilapia addition (T), with nutrients addition (NP), with tilapia and nutrients addition (T+NP) and a control treatment with no tilapia or nutrients addition (C). A two-way repeated measures ANOVA was done to test for time (t), tilapia (T) and nutrient (NP) effects and their interaction on water transparency, total phosphorus, total nitrogen, phytoplankton and zooplankton. The results show that there was no effect of nutrient addition on these variables but significant fish effects on the biomass of total zooplankton, nauplii, rotifers, cladocerans and calanoid copepods, on the biovolume of Bacillariophyta, Zygnemaphyceae and large algae (GALD ≥ 50 μm) and on Secchi depth. In addition, we found significant interaction effects between tilapia and nutrients on Secchi depth and rotifers. Overall, tilapia decreased the biomass of most zooplankton taxa and large algae (diatoms) and decreased the water transparency while nutrient enrichment increased the biomass of zooplankton (rotifers) but only in the absence of tilapia. In conclusion, the influence of fish on the reservoir plankton community and water transparency was greater than that of nutrient loading. This finding suggests that biomanipulation should be a greater priority in the restoration of eutrophic reservoirs in tropical semi-arid regions

Effect of density on population development in the Amazon River prawn Macrobrachium amazonicum

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

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.

Efeitos da tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, sobre a biomassa planctônica e a transparência da água ao longo de um gradiente de enriquecimento por nutrientes

The omnivorous filter-feeding fish, Nile tilapia (Oreochromis niloticus), can have negative effects on water quality enhancing the eutrophication process. These effects depend on the nutrient enrichment level in the water. We carried out a mesocosm experiment for five weeks in a tropical man-made lake in Brazil to test ifthe effects of tilapias depend on of the level of nutrient enrichment. The experiment lasted for 5 weeks and a factorial 2x5 experimental design was used where the presence and absence of tilapias were manipulated in combination to 5 different levels of nutrient load in a total of 10 treatments. A two way repeated measure ANOVA was performed to evaluate the effects of time (t), tilapia (F), nutrients (NP) and the interactions among these factors on: chlorophyll a, water transparency, total phosphorous, total nitrogen, N:P ratio, zooplankton biomass and phytoplankton biovolume. The tilapia effect was evident, but nutrient enrichment didn t have any effect on the variables analyzed. Tilapia decreased the water transparency, total zooplankton biomass, calanoid copepod biomass, nauplii copepod biomass and cladocerans biomass. On the other hand, tilapia had no effect on phytoplankton biovolume. This lack of effect on phytoplankton is probably due to tilapia grazing that may counteract the positive effect of tilapia on phytoplankton via trophic cascades and nutrient recycling. Hence, a reduction in tilapia stock would not be an effective way to reduce phytoplankton biomass and improve water quality

Respostas funcionais de diferentes tamanhos de Tilápia do Nilo; Oreochromis niloticus; predando zooplâncton

The Nile tilapia, Oreochromis niloticus, is an important omnivorous fish in the reservoirs of the semi-arid region of Brazil. Throughout its growth tilapia s feeding behavior changes from a visual predator of zooplankton to a filter-feeder, collecting suspended particulate matter, including planktonic organisms, through pumping. This feature results in different impacts of tilapia on plankton community as the fish grows. Aiming to quantify the functional response of different sizes of Nile tilapia on zooplankton experiments in microcosms scale in the laboratory and in mesocosm scale in the field were carried out. The data were fitted to four different models of functional response. The best fits were obtained for nonlinear models in laboratory experiments. While the experiments in mesocosms were the best settings for responses of type I (juvenile and adult tilapia) and type III (fry). The Manly's alpha index was used to evaluate the feeding selectivity of tilapia on the three main groups of the zooplankton in the experiments in mesocosms. The results show that: (i) rotifers were the preferred prey of fingerlings,(ii) copepods were rejected by fry and juvenile tilapia and (iii) adult fish fed non-selectively on copepods, cladocerans and rotifers. The functional response models obtained in this research can be applied to population models and help in modeling the dynamics of interactions between Nile tilapia and the planktonic communities in the reservoirs of the semi-arid

Influência da matéria orgânica dissolvida alóctone e autóctone sobre o balanço de carbono em sistemas aquáticos: um experimento em mesocosmos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior