What was natural in the coastal oceans?

Humans transformed Western Atlantic coastal marine ecosystems before modern ecological investigations began. Paleoecological, archeological, and historical reconstructions demonstrate incredible losses of large vertebrates and oysters from the entire Atlantic coast. Untold millions of large fishes, sharks, sea turtles, and manatees were removed from the Caribbean in the 17th to 19th centuries. Recent collapses of reef corals and seagrasses are due ultimately to losses of these large consumers as much as to more recent changes in climate, eutrophication, or outbreaks of disease. Overfishing in the 19th century reduced vast beds of oysters in Chesapeake Bay and other estuaries to a few percent of pristine abundances and promoted eutrophication. Mechanized harvesting of bottom fishes like cod set off a series of trophic cascades that eliminated kelp forests and then brought them back again as fishers fished their way down food webs to small invertebrates. Lastly, but most pervasively, mechanized harvesting of the entire continental shelf decimated large, long-lived fishes and destroyed three-dimensional habitats built up by sessile corals, bryozoans, and sponges. The universal pattern of losses demonstrates that no coastal ecosystem is pristine and few wild fisheries are sustainable along the entire Western Atlantic coast. Reconstructions of ecosystems lost only a century or two ago demonstrate attainable goals of establishing large and effective marine reserves if society is willing to pay the costs. Historical reconstructions provide a new scientific framework for manipulative experiments at the ecosystem scale to explore the feasibility and benefits of protection of our living coastal resources.

Global environmental impacts of agricultural expansion: The need for sustainable and efficient practices

The recent intensification of agriculture, and the prospects of future intensification, will have major detrimental impacts on the nonagricultural terrestrial and aquatic ecosystems of the world. The doubling of agricultural food production during the past 35 years was associated with a 6.87-fold increase in nitrogen fertilization, a 3.48-fold increase in phosphorus fertilization, a 1.68-fold increase in the amount of irrigated cropland, and a 1.1-fold increase in land in cultivation. Based on a simple linear extension of past trends, the anticipated next doubling of global food production would be associated with approximately 3-fold increases in nitrogen and phosphorus fertilization rates, a doubling of the irrigated land area, and an 18% increase in cropland. These projected changes would have dramatic impacts on the diversity, composition, and functioning of the remaining natural ecosystems of the world, and on their ability to provide society with a variety of essential ecosystem services. The largest impacts would be on freshwater and marine ecosystems, which would be greatly eutrophied by high rates of nitrogen and phosphorus release from agricultural fields. Aquatic nutrient eutrophication can lead to loss of biodiversity, outbreaks of nuisance species, shifts in the structure of food chains, and impairment of fisheries. Because of aerial redistribution of various forms of nitrogen, agricultural intensification also would eutrophy many natural terrestrial ecosystems and contribute to atmospheric accumulation of greenhouse gases. These detrimental environmental impacts of agriculture can be minimized only if there is much more efficient use and recycling of nitrogen and phosphorus in agroecosystems.

Estudo limnológico na represa Carlos Botelho (Itirapina/Brotas-SP): uma reavaliação comparativa do sistema Lobo-Broa

Os reservatórios, por serem corpos de água dinâmicos e pelos seus usos múltiplos, sofrem acelerado processo de eutrofização. Neste estudo avaliou-se a atual condição da represa do Lobo (municípios de Brotas e Itirapina, SP) em relação a algumas características físicas, químicas e biológicas em uma perspectiva temporal. As amostragens foram realizadas em duas épocas representativas das estações seca e chuvosa, compreendidas no período de setembro de 2000 e junho de 2001. Foram estabelecidos seis pontos de coleta, nos quais foram coletadas amostras de água para análises de nutrientes, clorofila, material em suspensão, zooplâncton e foram também realizadas medidas \"in situ\" de variáveis físicas e químicas, com o multisensor Horiba U10. Os resultados obtidos revelaram que ocorreram variações sazonais de moderada amplitude, caracterizando dois períodos: o seco com temperaturas menores, águas mais oxigenadas, menor condutividade elétrica e maiores concentrações de nutrientes. O zooplâncton da represa do Lobo foi numericamente dominado pelos rotíferos, seguidos pelos cladóceros e copépodos em proporções bem menores, similarmente ao reportado pelos estudos anteriores, indicando que em nível de grandes grupos não houve ainda uma mudança na estrutura desta comunidade. As variações na densidade dos principais grupos zooplanctônicos estão relacionadas às características físicas e químicas das diferentes porções da represa (com maiores densidades na porção superior, mais eutrófica) e à sazonalidade, com maior abundância de rotíferos no período chuvoso e maiores densidades de protozoários e microcrustáceos no inverno. Durante o período de estudo a condição trófica do reservatório foi mesotrófica, contudo com níveis de nutrientes e biomassa do fitoplâncton, indicada pela concentração de clorofila, superiores aos níveis reportados para a década de 1970. Concluiu-se portanto que a represa está sofrendo um processo de eutrofização.

Limnologia, balneabilidade e impactos ambientais: uma análise temporal e espacial na represa do Lobo (Broa), Itirapina/Brotas - SP

Considerando a importância da represa do Lobo, os indícios de eutrofização encontrados na área e tendo a recreação como seu principal uso, buscou-se, neste trabalho, avaliar a qualidade da água nos rios tributários e na represa, e sua adequação a balneabilidade. Para os afluentes do sistema, estimando-se, ainda, a contribuição dos mesmos ao aporte de materiais à represa, foram amostrados o córrego do Geraldo, a confluência dos córregos Água Branca e Limoeiro, o rio Itaqueri (antes da mineradora), o ribeirão do Lobo, o córrego das Perdizes, avaliando-se parâmetros físicos, químicos e biológicos da água e a vazão dos rios, em dois períodos (agosto/setembro e dezembro) de 2002. Os resultados, com base no índice de estado trófico, indicam que a maioria dos tributários, com exceção do córrego Água Branca (eutrófico), é oligotrófico. Na represa o estudo teve avaliações mensais para alguns parâmetros (nutrientes totais e dissolvidos, clorofila total e material em suspensão) e semanais para outros (pH, condutividade elétrica, temperatura da água, oxigênio dissolvido e coliformes fecais) ao longo de um ano (dezembro de 2001 a dezembro de 2002), em nove pontos, abrangendo a região de foz do rio Itaqueri, córrego do Geraldo e ribeirão do Lobo, quatro pontos distribuídos na praia do balneário Santo Antônio e um ponto a jusante da represa. A foz do rio Itaqueri apresentou-se meso-eutrófica no período, enquanto os outros pontos avaliados, oligotróficos. Apesar da condição favorável apresentada, a análise temporal dos dados (com estudos realizados nos últimos 30 anos), mostra uma evidente e preocupante alteração nas condições originárias desse sistema, indicando um evidente processo de eutrofização do reservatório, associado aos usos e ocupação da bacia hidrográfica (resíduos domiciliares, turismo, agricultura e pecuária). Em relação a balneabilidade os principais pontos de contaminação fecal na represa são as entradas dos tributários, enquanto o corpo da represa foi considerado excelente em todo o período amostrado. O córrego Água Branca, como corpo receptor do esgoto de Itirapina, é o mais comprometido dos corpos de água avaliados, além de ser o principal contribuinte de nutrientes e coliformes fecais para a represa do Lobo, através do rio Itaqueri.

Análise da composição, abundância e distribuição da comunidade fitoplanctônica nos reservatórios do sistema em cascata do Médio e Baixo rio Tietê/SP

Com a finalidade de atender a demanda energética, muitos reservatórios foram construídos no Brasil e, notadamente na região Sudeste, as construções das barragens não somente atenderam aos usos múltiplos (geração de energia, irrigação, lazer e abastecimento público), como também foram elementos propulsores da economia regional, contribuindo para a expansão das atividades industriais e rurais, bem como, um desordenado crescimento urbano. Em conseqüência da falta de planejamento, áreas naturais foram desmatadas, sendo substituídas por formas de plantio inadequadas e por projetos de especulação imobiliária não condizentes com a sustentabilidade ambiental. No decorrer das últimas décadas, os impactos aumentaram em magnitude e extensão, ocasionando sérios problemas aos recursos hídricos, culminando em conflitos pelo uso da água. Dentro deste contexto, destaca-se o rio Tietê, o qual percorre importantes cidades e extensas áreas rurais no Estado de São Paulo, sendo que, neste longo percurso, recebe a contribuição de diversos tributários (poluídos ou não) e efluentes urbanos, industriais e aqueles derivados de fontes não pontuais, além do processo de fragmentação que foi instalado a partir da construção de inúmeras barragens. De forma conjunta, todos os fatores promoveram alterações significativas no sistema e, procurando avaliar a situação atual dos reservatórios, desenvolveu-se uma pesquisa direcionada à análise da composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica e sua relação com as variáveis limnológicas, climatológicas e hidrodinâmicas dos reservatórios da Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava, Três Irmãos, além dos rios Tietê e Piracicaba e parte do rio Paraná (reservatório de Jupiá e a Jusante do reservatório de Ilha Solteira). Para tanto, foram realizadas coletas nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2000 e os resultados obtidos demonstram uma elevada concentração de nutrientes, com redução na seqüência dos reservatórios, além da variabilidade temporal, com efeito significativo da precipitação no transporte de materiais, promovendo alterações no estado trófico de cada sistema. A disponibilidade de nutrientes, transparência da água, vazão e tempo de residência, associados aos fatores climatológicos, foram elementos importantes no estabelecimento das populações, influenciando a composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica, a qual apresentou maior dominância das classes Cyanophyceae e Chlorophyceae, com maior contribuição em densidade e riqueza de espécies, respectivamente.

Avaliação do desempenho ambiental de alternativas de reaproveitamento de vinhaça decorrente da produção de etanol.

A obtenção de etanol a partir de rotas alcoolquímicas consagradas gera resíduos com potencial de aproveitamento, tanto em outros setores produtivos como no ciclo produtivo do próprio combustível. Este é o caso de torta de filtro e vinhaça. A vinhaça em particular costuma ser devolvida ao campo com o intuito de ajustar teores nutricionais do solo no cultivo da cana. No entanto, estudos ambientais destacam que esta alternativa traz efeitos negativos sobre os meios receptores (água e solo), condição que abre a perspectiva para exploração de usos alternativos dessas substâncias. Este estudo se propôs a contribuir para o tema ao avaliar de forma sistêmica o desempenho ambiental de duas alternativas de reaproveitamento de vinhaça: (i) reuso no campo em processos de fertirrigação, alternativa consolidada no Brasil, e (ii) reuso da fração líquida da vinhaça em etapas diversas do processo industrial de obtenção de etanol. Em qualquer das situações fez-se uso da técnica de Avaliação de Ciclo de Vida - ACV para proceder tal verificação. A análise ambiental da prática de reuso de vinhaça e torta para fertirrigação foi conduzida a partir da comparação de cenários que consideraram a forma de suprimento de nutrientes para a cana e o método de colheita. A avaliação de impactos ocorreu em dois níveis: quanto ao consumo de recursos, a partir de Primary Energy Demand (PED); e em termos de emissões para o ambiente por meio da elaboração do Perfil Ambiental. Uma Análise de Sensibilidade foi também realizada para verificar o efeito de oscilações dos teores de Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Potássio (K) na composição da vinhaça sobre os resultados obtidos, caso da primeira alternativa. Concluiu-se para esse caso que a substituição parcial de fertilizantes químicos por vinhaça traz aumento da Demanda de Energia Primária global para ambos os métodos de colheita. Em termos de Perfil Ambiental, a comparação entre cenários das mesmas práticas de manejo mostrou que a troca de adubos por vinhaça e torta é positiva para o desempenho ambiental do etanol por reduzir impactos quanto a Mudanças Climáticas (CC), Acidificação Terrestre (TA) e Toxicidade Humana (HT). Por outro lado, o tratamento de vinhaça para reposição de água na etapa industrial resultou em aumento global das contribuições para as categorias acima mencionadas além de incrementos para Eutrofização de água doce (FEut) e Ecotoxicidade de água doce (FEC), a despeito de ser constatada a redução de 45% quanto a Depleção de água (WD). Os aumentos no impacto se deveram principalmente aos efeitos negativos causados durante a produção do CaO usado no processo de tratamento da vinhaça. No entanto, a substituição deste insumo por NaOH só representou melhora em termos de CC. Pode-se concluir que a reutilização de vinhaça e de torta de filtro como complemento nutricional para o cultivo de cana-de-açúcar resultou em uma alternativa mais adequada de reaproveitamento do que o se este fluído fosse reutilizado para suprir parte da demanda hídrica de processo, mesmo quando o consumo de água na etapa industrial tenha inexoravelmente se reduzido a partir da implantação dessa medida.

Limnologia e grau de trofia dos reservatórios em cascata do rio Tietê (médio e baixo Tietê, São Paulo)

As represas construídas em cascata no rio Tietê (Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava e Três Irmãos) constituem em sistemas artificiais com grande importância ecológica, econômica e social. Com base nos dados físico-químicos e biológicos das seis represas, foram avaliadas as condições limnológicas, abundância da comunidade fitoplanctônica e zooplanctônica e o estado de trofia dos reservatórios através da aplicação do índice do estado trófico, desenvolvido por Carlson (1977). A utilização da concentração de fósforo para determinação do índice é o que deu melhor resultado, mostrando uma redução gradual de sua concentração nas represas seqüenciais, principalmente no período do verão. Os reservatórios que se mostraram eutróficos como o de Barra Bonita, Bariri e Ibitinga apresentaram uma maior abundância e freqüência de florescimento das algas pertencentes a classe Cyanophyceae principalmente das espécies Microcystis aeruginosa. Algumas espécies de Rotifera, como Asplanchna sieboldi, Brachionus caliciflorus e Kellicottia bostoniensis, e de Copepoda Calanoida Notodiaptomus iheringi, também serviram de indicativos do estado trófico dos sistemas, já que esses estão associados a ambientes eutróficos.

Nutrient Load Reduction: Challenges facing the Chesapeake 2000 Agreement

The Chesapeake Bay is the largest estuary in the United States supporting a complex ecosystem that sustains many habitats and the organisms that depend on them. The bay also supports economic, recreational, and cultural activities to over 16 million people residing in the watershed. Changes within the watershed have caused excessive levels of nutrients, mainly nitrogen and phosphorous, to pollute the bay. The Chesapeake Bay Program, guided by a complex agreement, was created to address these and other issues and oversee the restoration of the bay. The most recent version of this agreement, the Chesapeake 2000, declares its continued commitment to restore the bay with over 100 goals to be met by the year 2010. Reports show that although intensive efforts have been made to promote nutrient reduction, very little reduction has actually resulted. This project described these efforts. The final results reveal obstacles affecting progress, shortcomings to current approaches and possible solutions for future implementation.

Life Cycle Assessment as a tool to promote sustainable Thermowood boards: a Portuguese case study

The present work aims to develop the Life Cycle Assessment study of thermo-modified Atlanticwood® pine boards based on real data provided by Santos & Santos Madeiras company. Atlanticwood® pine boards are used mainly for exterior decking and cladding facades of buildings. The LCA study is elaborated based on ISO 14040/44 standard and Product Category Rules for preparing an environmental product declaration for Construction Products and Construction Services. The inventory analysis and, subsequently, the impact analysis have been performed using the LCA software SimaPro8.0.4. The method chosen for impact assessment was EPD (2013) V1.01. The results show that more than ¾ of ‘Acidification’, ‘Eutrophication���, ‘Global warming’ and ‘Abiotic depletion’ caused by 1 m3 of Atlanticwood® pine boards production is due to energy consumption (electricity + gas + biomass). This was to be expected since the treatment is based on heat production and no chemicals are added during the heat treatment process.

Changing ecology of Lake Victoria cichlids and their environment: evidence from C13 and N15 analyses

Eutrophication is an increasing global threat to freshwater ecosystems. East Africa’s Lake Victoria has suffered from severe eutrophication in the past decades which is partly responsible for the dramatic decline in haplochromine cichlid species diversity. However, some zooplanktivorous and detritivorous haplochromine species recovered and shifted their diet towards macro invertebrates and fish. We used four formalin preserved cichlid species caught over the past 35 years to investigate whether stable isotopes of these fish are reflecting the dietary changes, habitat differences and if these isotopes can be used as indicators of eutrophication. We found that d15N signatures mainly reflected dietary shifts to larger prey in all four haplochromine species. Shifts in d13C signatures likely represented habitat differences and dietary changes. In addition, a shift to remarkably heavy d13C signatures in 2011 was found for all four species which might infer increased primary production and thus eutrophication although more research is needed to confirm this hypothesis. The observed temporal changes confirm previous findings that preserved specimens can be used to trace historical changes in fish ecology and the aquatic environment. This highlights the need for continued sampling as this information could be of essence for reconstructing and predicting the effects of environmental changes.

Geochemistry of Baltic Sea sediments and porewaters

Patterns of regeneration and burial of phosphorus (P) in the Baltic Sea are strongly dependent on redox conditions. Redox varies spatially along water depth gradients and temporally in response to the seasonal cycle and multidecadal hydrographic variability. Alongside the well-documented link between iron oxyhydroxide dissolution and release of P from Baltic Sea sediments, we show that preferential remineralization of P with respect to carbon (C) and nitrogen (N) during degradation of organic matter plays a key role in determining the surplus of bioavailable P in the water column. Preferential remineralization of P takes place both in the water column and upper sediments and its rate is shown to be redox-dependent, increasing as reducing conditions become more severe at greater water-depth in the deep basins. Existing Redfield-based biogeochemical models of the Baltic may therefore underestimate the imbalance between N and P availability for primary production, and hence the vulnerability of the Baltic to sustained eutrophication via the fixation of atmospheric N. However, burial of organic P is also shown to increase during multidecadal intervals of expanded hypoxia, due to higher net burial rates of organic matter around the margins of the deep basins. Such intervals may be characterized by basin-scale acceleration of all fluxes within the P cycle, including productivity, regeneration and burial, sustained by the relative accessibility of the water column P pool beneath a shallow halocline.

Minor element geochemistry of Lake Michigan ferromanganese nodules

Samples of ferromanganese nodules from several localities in Lake Michigan have been analyzed for their minor element content utilizing neutron activation techniques. The thorium and uranium levels in Lake Michigan nodules exhibit marked dissimilarities with marine nodules. The radium content of these freshwater nodules is substantially higher than the reported marine values. The concentrations of barium in the Lake Michigan nodules appear to be abnormally high. Although barium could be present as minute segregations of the mineral barite, patterns obtained using the electron microprobe suggest it is evently dispersed throughout the nodules. The average arsenic content of these freshwater nodules is at least twice as great as that reported for highly oxidized marine sediments. If all this arsenic is dissolved and released into Green Bay as a result of changing environmental conditions (eutrophication), the concentration in the water of Green Bay would be several times the maximum permissible level for drinking water.