Taking a systems-oriented view of phosphorous enrichment in fresh waters

Eutrophication of fresh waters through anthropogenic enrichment by phosphorus is a global problem. The role of phosphorus enrichment in the formation of blooms of toxic blue-green algae (Cyanobacteria) in fresh waters is well established and of considerable concern in terms of human and animal health, loss of water resources and amenities, threats to fish stocks, and aesthetic considerations. Cultural eutrophication also poses threats to the ecosystem balance in fresh waters, with implications for wildlife. This article examines phosphorus enrichment in fresh waters from a systems perspective, and explores systems solutions that may be helpful in the development of more sustainable policies.

A decade of monitoring and management of freshwater algae, in particular Cyanobacteria, in England and Wales

Although the toxicity of cyanobacteria has been known for many years, cyanobacteria-related problems in the UK were generally limited in frequency. However, this all changed and became of national concern following the exceptional environmental conditions in the autumn of 1989, when widespread cyanobacterial blooms and scums developed in fresh waters. This paper summarises the Environment Agency's monitoring programme for freshwater algae since 1991 and describes the actions the Environment Agency has taken as a result of the monitoring data.

Modelling the dynamics of phytoplankton with the needs of the end user in mind

How to regulate phytoplankton growth in water supply reservoirs has continued to occupy managers and strategists for some fifty years or so, now, and mathematical models have always featured in their design and operational constraints. In recent years, rather more sophisticated simulation models have begun to be available and these, ideally, purport to provide the manager with improved forecasting of plankton blooms, the likely species and the sort of decision support that might permit management choices to be selected with increased confidence. This account describes the adaptation and application of one such model, PROTECH (Phytoplankton RespOnses To Environmental CHange) to the problems of plankton growth in reservoirs. This article supposes no background knowledge of the main algal types; neither does it attempt to catalogue the problems that their abundance may cause in lakes and reservoirs.

The impact of year-to-year changes in the weather on the seasonal dynamics of lakes

Year-to-year changes in the weather have a pronounced effect on the quality of the water abstracted from many reservoirs in the UK. In upland reservoirs, the most common weather-related problem is the appearance of coloured water following dry summers and the re-wetting of peat during the winter (Naden & McDonald 1989; George 2000). In lowland reservoirs, the most serious weather-related issue is the growth of bloom- forming species of algae during warm, calm summers (National Rivers Authority 1989). Both of these problems are likely to get worse as the climate becomes warmer and extreme variations in the weather become more common. In this article, the authors describe some of the ways in which recent changes in the weather have influenced the quality of the water stored in a large reservoir in the south-east of England. The reservoir selected for study is the Queen Elizabeth II (QEII), a bankside reservoir situated in the Thames valley. The quality of water stored in this reservoir is generally very good but summer blooms of algae have become increasingly common in recent years.

Simulations of phytoplankton dynamics in El Gergal Reservoir, Southern Spain (PROTECH)

The Mediterranean region is characterised by a variable climate with most of the rain falling during the winter and frequent summer droughts. Such warm, dry periods are ideal for the growth of large algal blooms that often consist of potentially toxic Cyanobacteria. This makes the management of water for human use particularly challenging in such a climate and it is important to understand how such blooms can be avoided or at least be reduced in size. PROTECH (Phytoplankton RespOnses To Environmental CHange) is a model that simulates the dynamics of different species of phytoplankton populations in lakes and reservoirs. Its distinct advantage over similar models is its ability to simulate the relative composition of the algal flora, allowing both quantitative and qualitative conclusions to be drawn e.g. whether Cyanobacteria could be a potential problem. PROTECH has been applied primarily to lakes and reservoirs in northern Europe. Recently, however, the model has been applied to water bodies in lower latitudes, including Australia to a water supply reservoir in the south of Spain, El Gergal. El Gergal is the last in a chain of reservoirs that supply water to the city of Seville. It was brought into service in April 1979 and has a maximum storage volume of 35 000 000 m3. This article summarises the application of PROTECH in order to simulate the following problems: • the effect of a large influx of Ceratium biomass into El Gergal from another reservoir • the effect of using alternative water sources instead of the Guadalquivir River (used occasionally to raise water levels in El Gergal) • the effect of installing tertiary sewage treatment on the Cala River • the effect of simulated drought conditions on phytoplankton in the reservoir.

The influence of blue-green algae on development of the zooplankton. [Translation of: Byull.mosk.Obshch.Ispyt.Prir.(Biol.) 67, 128-131, 1962]

Many have observed the reduction of the quantity of zooplankton in the presence of water blooms. It is known that in seas zooplankton as it were avoids places of accumulation of blue-green algae. By observations on one of the tributaries of the Rybinsk reservoir - the River Shumorovka - the authors tried by simultaneous collections to trace the changes in numbers, not only of zoo- and phytoplankton but also of bacteria. The plankton was collected by quantitative nets with suitable numbers of gauze and bacteria were taken account of by the method of direct calculation on membrane filters. It can be seen that the development of blue-green algae appears as an important factor, determining not only the intensity but also the direction of the process of production of zooplankton.

Glycocalyx production in teleosts [Translation from: Verhandlungen der Deutschen Zoologischen Gesellschaft, p.286, 1970]

Shielding the organism against harmful effects from the environment is one of the most important tasks of the outer covering of all animals. The epidermis of primarily aquatic organisms and the epithelia of organs which are exposed to water, such as the digestive or the urinary system, possess a film of glycoproteins and mucopolysaccharides, the glycocalyx. This short paper examines the relationship of the mucus cells with the glycocalyx.

Estudo da enzima Horseradish peroxidase (HRP) no descoramento dos corantes têxteis Azul Drimaren X-3LR, Azul Drimaren X-BLN, Rubinol Drimaren X-3LR e Azul Drimaren CL-R

O presente trabalho avaliou o potencial da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis: Azul Drimaren X-3LR (DMBLR), Azul Drimaren X-BLN (DMBBLN), Rubinol Drimaren X-3LR (DMR) e Azul Drimaren CL-R (RBBR). Parâmetros como concentração do corante, temperatura, concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e tempo de reação foram otimizados. Os ensaios de descoramento dos corantes foram realizados a partir desses resultados. As melhores condições reacionais determinadas para os corantes estudados foram: concentração do corante = 120 mg L-1, temperatura = 35C, concentração de H2O2 = 0,55 mM e tempo de reação = 1 hora. Os percentuais de descoramento dos corantes DMBLR, DMBBLN, DMR e RBBR, após o tratamento enzimático foi de 99, 77, 94 e 97%, respectivamente. O tempo reacional de 5 minutos foi suficiente para os corantes DMBLR e RBBR apresentarem elevada porcentagem de descoramento, 96% para ambos. Já os corantes DMBBLN e DMR só apresentaram elevado grau de descoramento após 1 hora de reação, sendo o corante DMBBLN o mais recalcitrante, apresentando uma melhora de 10% na porcentagem de descoramento, após 24 horas de reação. Além do grau de descoramento, também foi avaliada a toxicidade dos corantes antes e após o tratamento enzimático utilizando Daphnia pulex e Artemia salina como bioindicadores de toxicidade. Resultados toxicológicos utilizando Daphnia pulex não foram conclusivos, indicando que esse bioindicador não foi adequado para avaliar a toxicidade dos corantes estudados no meio reacional utilizado. Com o uso da Artemia salina na avaliação toxicológica foi observado uma redução da toxicidade para os corantes DMBLR, DMR e RBBR após tratamento enzimático, e um aumento da toxicidade não significativo para o corante DMBBLN. Os resultados obtidos no trabalho ressaltam a eficiência da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis estudados, sem a geração de produtos tóxicos e prejudiciais ao meio ambiente

Ceratium hirundinella (O.F.Mull.) Bergh. 1882 [Translation from: Flora Slodkowodna Polski. Tom 4. Cryptophyceae, Dinophyceae, Raphidoiphyceae p395-400. Warsaw, Polska Academia Nauk, 1974]

Morphological observations of the dinoflagellate Ceratium hirundinella are given and a key to the difference in types provided. Illustrations are included.

偏振模色散和时延抖动对啁啾光纤光栅色散补偿特性的影响

对存在偏振模色散(PMD)和群时延(GD)抖动的非理想线性啁啾光纤光栅的色散补偿特性进行了研究。实验测量了啁啾光纤光栅的群时延谱和偏振模色散光谱，理论分析和实验测量表明，啁啾光纤光栅差分群时延(DGD)抖动与其时延抖动密切相关。通过数值模拟方法，计算了线性啁啾光纤光栅偏振模色散眼图代价与入射到啁啾光纤光栅色散补偿器的光信号的偏振方向的关系，计算结果表明在使用啁啾光纤光栅色散补偿器时应对光信号的偏振方向进行调整，以获得最佳补偿效果。另外结合实验数据，模拟计算并讨论了非理想线性啁啾光纤光栅群时延抖动和偏振模色

Efectos de la salinidad y el herbicida glifosato sobre la especie invasora Baccharis halimifolia

CASTELLANO. La introducción de especies exóticas invasoras es una de las causas más importantes de pérdida de biodiversidad. Baccharis halimifolia es una de las 20 especies exóticas invasoras mas perjudiciales en España e invade gran parte de la marisma de Urdaibai. En dicha marisma se aplicaron tratamientos de control mediante la corta y aplicación de herbicida (glifosato) tras los cuales se observó un variable porcentaje de rebrote en función de la salinidad edáfica. Se realizó un experimento en el que las plantas recolectadas en las parcelas tratadas fueron sometidas en el invernadero a un tratamiento de salinidad y a otro de glifosato con el fin de estudiar la interacción entre ambos tratamientos en individuos originados por germinación y por rebrote y las posibles diferencias entre sexos. Se estudiaron los parámetros de biomasa y acumulación de iones sodio. No se han observado diferencias significativas entre los sexos para ninguno de los parámetros. Sin embargo, los rebrotes acumulan más Na+ que los individuos procedentes de germinación y su biomasa disminuye significativamente tras la aplicación de glifosato, únicamente en medio no salino. Nuestros resultados sugieren que los rebrotes de B. halimifolia reaccionan en mayor medida a la salinidad y al glifosato, lo que proporciona información de interés para la gestión.

Redução de carga orgânica recalcitrante de efluente de indústria gráfica por reação de fenton

A Casa da Moeda do Brasil (CMB) é uma empresa nacional, com mais de 300 anos de experiência na produção de valores e impressos de segurança. A produção de cédulas, realizada pelo Departamento de Cédulas (DECED), consiste de três etapas de impressão, off-set, calografia e tipografia, seguida de acabamento e embalagem semi-automatizado. A impressão calcográfica consome solução de limpeza, composta de soda cáustica e óleo sulfonado, para limpeza do cilindro de impressão, gerando um efluente líquido saturado de tinta. Este efluente apresenta baixa biodegradabilidade, apresentando uma relação DBO / DQO de aproximadamente 1:4. Em termos de tratabilidade, as estações de tratamento de efluentes (ETE) apresentam uma configuração convencional, por via biológica, demonstram pouca eficiência na degradação da matéria orgânica deste efluente. Com compostos recalcitrantes, torna-se necessária a inclusão de uma etapa terciária que permita sua degradação por via química, permitindo o descarte do efluente com características menos danosas ao ambiente. Neste trabalho, aplicou-se a reação de Fenton no efluente do DECED por sua capacidade de converter a matéria orgânica em gás carbônico e água ou, caso seja utilizado em pré-tratamentos, torna-os biodegradáveis. Foram estudadas diferentes condições para medir a influência de diferentes parâmetros na eficiência da reação. A reação de Fenton consiste na geração de radicais hidroxil (HO), por diferentes rotas, em quantidades suficientes para a degradação de matéria orgânica. Esses radicais são gerados a partir de peróxido de hidrogênio (H2O2) em reações com diferentes precursores como ozônio (O3), luz UV (ultravioleta), ultra-som e sais de ferro. No presente trabalho restringiu-se às reações com sais de ferro. Dentre os resultados obtidos, verificou-se o tempo mínimo para reação em 10 minutos. A relação entre íons ferro e peróxido de hidrogênio é menor do que a literatura normalmente sugere, 1:2, contra 1:3. Como a solução de sulfato ferroso é muito instável, passando os íons ferrosos a férricos, utilizou-se a adição direta do sal. Em escala industrial, a solução de sulfato ferroso deve ser preparada em poucas quantidades para que tenha baixo tempo de estocagem, a fim de não ser degradada. A temperatura, na faixa estudada (de 20C à 45C), é um parâmetro que tem pouca influência, pois a redução da eficiência da reação foi pequena (de 99,0% para 94,9%). O ferro utilizado na reação não se demonstrou uma nova fonte de transtornos para o ambiente. Nas condições utilizadas, a concentração de ferro residual esteve próxima ao limite permitido pela legislação no efluente tratado, necessitando apenas de alguns ajustes para a correção do problema

Acid precipitation and its effects on aquatic systems in the English Lake District

There is no evidence of an increase in the acidity (lower pH or alkalinity) of water-bodies in the Lake District over the last 50 years. Brown trout occur in acid streams and upland tarns where pH is 4.5-5.2 throughout the year. Their occurrence in such waters in Britain and Ireland has been known for most of this century and there is no previous evidence of harmful effects on salmonid fisheries, though numbers of fish are naturally low. However, many benthic invertebrates that are common in hill-streams where pH is above 5.7 do not occur in more acid streams. This phenomenon occurs in the headwaters of several western rivers in Cumbria. It is not a recent response to "acid rain". Harmful effects of pH are undoubtedly more pronounced in waters that are poor in other dissolved ions. Low concentrations of sodium, potassium, calcium and chloride are especially important and may limit the distributions of some aquatic animals even where pH is above 5.7. The concentration of sulphate ions is usually relatively high but this is not important to the fauna; concentrations are at least two times higher in productive alkaline water-bodies than they are in unproductive acid waters.

Melatonina, isoenzimas de glutationa S-transferases e estresse oxidante em pacu Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887)

O oxigênio é fundamental para os vertebrados. No entanto, variações dos níveis de oxigênio na água podem provocar estresse oxidante em peixes porque privação de oxigênio seguida de reoxigenação forma espécies reativas de oxigênio (ERO) em células. Níveis intracelulares de ERO aumentados favorecem que moléculas de proteínas, fosfolipídios e ácidos nucleicos sofram alterações, vindo a prejudicar muitas funções celulares. No Pantanal, habitat do pacu, o nível de oxigênio varia circadianamente na água das lagoas rasas que acabam isoladas dos rios na seca. O pacu evoluiu sob a pressão contínua da exposição aos efeitos prejudiciais das ERO causados pelos pulsos de inundação. A melatonina, uma indolamina produzida na glândula pineal, influencia os níveis de atividade de enzimas antioxidantes que reduzem ERO, além de ser capaz de doar elétrons ou captar radicais livres de forma não enzimática. Os níveis de melatonina no pacu são mais altos no verão e menores no inverno. Isoenzimas de glutationa S-transferases que conjugam o tripetídeo glutationa com o 4-hidroxinonenal, aldeído derivado da peroxidação de ácidos graxos por ERO, são importantes para evitar alteração funcional de proteínas por ligação do 4-hidroxinonenal à sua estrutura. Neste trabalho procuramos relação entre estresse oxidante, níveis de atividades de glutationa S-transferase e melatonina, para estabelecer se a melatonina ajudaria pacus a superar os efeitos deletérios das espécies reativas de oxigênio. Ensaiamos atividades de isoenzimas de glutationa S-transferases no citosol de fígado de pacus mantidos em normoxia, hipoxia, reoxigenação e hiperoxia no inverno e no verão. Medimos o efeito da melatonina in vitro e in vivo sobre as atividades de isoenzimas de glutationa S-transferase. Medimos os efeitos do estresse oxidante sobre a ligação do 4-hidroxinonenal com proteínas nos fígados de pacus tratados com melatonina. Somente as isoenzimas que conjugam 4-hidroxinonenal com glutationa mostraram menor atividade no inverno em relação ao verão; outras isoenzimas de glutationa S-transferases não alteram suas atividades sazonalmente. In vitro a melatonina não alterou a atividade de isoenzimas de glutationa S-transferase que conjugam o 4-hidroxinonenal, mas inibiu outras isoenzimas de glutationa S-transferase. In vivo a melatonina aumentou a atividade encontrada no inverno das isoenzimas que conjugam o 4-hidroxinonenal para os níveis do verão. A ligação de 4-hidroxinonenal com proteínas foi menor em pacus inoculados com melatonina. Nossos resultados mostram que a melatonina pode influenciar os efeitos de ERO em fígado de pacus. Ficou claro que a melatonina do plasma mantém os níveis de atividade conjugadora de 4-hidroxinonenal do fígado em pacus e que a baixa produção de melatonina no inverno não é adequada para a conjugação do 4-hidroxinonenal em fígado de pacus.

Scientific investigations into the eutrophication of the Norfolk Broads

The word ”Broads” is used to describe a series of relatively shallow lakes resulting from the flooding of medieval peat diggings. Broadland is essentially freshwater, but because the rivers have such low gradients the lower reaches are brackish. The influence of tide is particularly apparent on the River Yare; in Norwich 40 km from the sea there is a vertical movement of half a metre at spring tide. This study examines the problems that the broadlands are facing. The problems are basically the progressive loss of aquatic plants, in particular the macro- phytes, animal life, outbreaks of avian botulism, occasional fish kills due to a toxin produced by the blue-green alga Prymesium parvum and the emergence of very heavy algal blooms. The main factor for the deteriation of the Broaslands is the eutrophication resulting from enhanced nutrient inputs, in particular of nitrates and phosphates, from a variety of sources. The most important of these are sewage effluents, agricultural drainage, which includes fertilisers and nutrient rich effluents from piggeries and dairy un