Composição elementar (C, N, P) do plâncton

Seguindo a teoria de Redfield, a distribuição elementar no plâncton em ordem decrescente foi: C>N>P (FIGURA 36A, B e C). Em geral as concentrações de carbono (C), nitrogênio (N) e fósforo (P) acompanharam o fracionamento das redes de plâncton e os teores destes elementos foram encontrados seguindo a ordem decrescente zooplâncton (150 µm) > fitoplâncton (64 µm) > fitoplâncton/partículas inorgânicas (20 µm).

Figura 36. Distribuição elementar nas amostras de plâncton; (A) carbono, (B) nitrogênio e (C) fósforo. 0 5 10 15 20 25 30 Ca rb o n o ( % ) (A) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 N it ro g ê n io ( % )

150um 64um 20um (B) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 F ó s fo ro ( % )

150um 64um 20um (C)

Valentin e Moreira (1978), relatam que a concentração de matéria orgânica (MO) no zooplâncton de Cabo Frio tem em média 0,48% (± 0,03 a 99%) na fração (50- 500µm), enquanto que a fração de 500 µm é mais rica com média de 0,78% (variando de 0,02 a 99%). Neste trabalho, Valentin e Moreira (1978) encontraram as menores concentrações de MO durante o inverno se comparados a primavera e verão, sendo as maiores concentrações encontradas durante o verão.

Os resultados de carbono (C), nitrogênio (N) e fósforo (P) encontrados no período de 2008-2009, corroboram com o mencionado por Valentin e Moreira (1978) que encontraram as maiores concentrações de matéria orgânica (MO) em maiores frações de plâncton. Entretanto, diferentemente de Valentin e Moreira (1978), as maiores concentrações médias de carbono (C), nitrogênio (N) e fósforo (P) foram encontradas no outono seguido do inverno, primavera e verão.

O plâncton da região de Cabo Frio é mais pobre na composição elementar (C e N) se comparado a outros oceanos do planeta (TABELA 19).

Tabela 19. Concentrações de C e N (fração 26µm) em Oceanos do Mundo

Local Latitude/Longitude C (%) N(%) Razão

C:N Oceano Pacífico Equatorial

(área de ressurgência equatorial) 0ºN, 140ºW 21,5 4,08 5,3

Mar da Arábia 17ºN, 60ºW 14,0 2,38 _5,9

Oceano Antártico 74ºS, 177ºE 14,9 3,11 _4,8

Oceano Antártico 66ºS, 169ºW 15,8 3,28 _4,8

Oceano Antártico 57ºS, 170ºW 14,9 2,95 _5,1

Cabo Frio* 23ºS, 42W 4,8 1,1 _9,0

Modificado de HEDGES et al. (2002). *fração 20µm (média anual)

A razão média de C:N encontrada no plâncton (150 e 64 µm) em Cabo Frio (TABELA 20), apresentou valores semelhantes aos encontrados por Edges et al. (2002) no Oceano Antártico (TABELA 18). No entanto, esse valores de Cabo Frio são inferiores aos reportados por Sterner et al. (2008) para áreas costeiras do hemisfério norte e outros oceanos incluindo o Atlântico. De acordo com Sterner et al., (2008), a

razão C:N para o séston3 em áreas costeiras do hemisfério norte variam de 7,6 a 9,9. Nesse mesmo trabalho são mencionados os valores médios da razão C:N para os oceanos (Atlântico: 6,7, Índico: 6,5, Mar Mediterrâneo: 8,3, Pacífico: 7,2 no Havaí e 9,3 na costa do Japão).

Levando em consideração que a comunidade zooplanctônica de Cabo Frio é constituída predominantemente de copépodos, os valores da razão C:N encontrados nesta região, assemelham-se aos reportados por Walve e Larsson (1999) para copépodos do Mar Báltico que possuem razão C:N de 4,5. Com base neste dado podemos sugerir que os valores de C:N encontrados no zooplâncton de Cabo Frio podem ser uma indicação da predominância de copépodos no zooplâncton.

Tabela 20. Razão C:N do material planctônico de Cabo Frio. Estação do Ano

Razão (C:N) Média (min-máx)

Zooplâncton (150 µm) Fitoplâncton (64 µm) Fitoplâncton/partículas

(20 µm) Outono (n = 3) 4,9 (4,6 – 5,2)* 4,9 (4,6 –5,2) 4,7** Inverno (n = 2) 4,7 (4,3 – 5,2) 5,5 (5,4 – 5,7) 7,3 (4,7 – 9,0) Primavera (n = 2) 5,0 (4,9 – 5,0) 5,8 (5,3 – 6,4) 10,2 (9,0 – 12,4) Verão (n = 5) 4,9 (4,4 – 5,4) 6,4 (5,4 – 7,6) 13,8** Média Anual 4,9 5,7 9,0

*Fração de 150 µm (n = 2 no outono); ** cálculo realizado somente para 1 campanha, demais campanhas com valores < LD para C e N)

Os valores da razão N:P calculados para região de Cabo Frio (TABELA 21), estão acima da faixa de concentração do reportado por Hassett et al. (1997) para séston, o qual menciona valores de 14 a 24 para o leste do Oceano Atlântico Norte e de 14 a 19 para o Oceano Pacífico Norte.

3 _{Séston: partículas orgânicas e inorgânicas que se encontram em dispersão na coluna d‟água, incluindo}

Tabela 21. Razão N:P do material planctônico de Cabo Frio.

Estação do Ano Razão (N:P)

Média (min-máx)

Zooplâncton (150 µm) Fitoplâncton (64 µm) Fitoplâncton/partículas

(20 µm) Outono (n = 3) 45,6 (44,9 – 46,2) 36,7 (27,1 – 46,3) 36,7** Inverno (n = 2) 45,3 (36,5 – 54,1) 36,0 (36,0 – 36,1) 30,7 (26,3 – 36,7) Primavera (n = 2) 28,3 (28,0 – 28,7) 36,2 (31,7 –40,7) 27,2 (16,1 – 36,7) Verão (n = 5) 30,6 (23,2 – 36,9) 24,4 (21,6 – 27,8) 13,2** Média Anual 37,4 33,3 27,0

*Fração de 150 µm (n = 2 no outono); ** cálculo realizado somente para 1 campanha, demais campanhas com valores < LD para N)

Todavia, neste mesmo trabalho Hassett et al. (1997), relatam que os valores de N:P no zooplâncton marinho são maiores em relação ao séston, encontrando valores médios de 24 (variando de 19 a 27) no leste do Oceano Atlântico Norte. Além disso, segundo este autor a razão N:P no zooplâncton marinho tem sido encontrada além do estabelecido por Redfielfd. Os copépodos, por exemplo, do mar de Sargaços que apresentam N:P de 27 e a razão N:P do zooplâncton no Oceano Antártico (40 para copépodos, 30-39 para Salpas sp, 20-30 para Krill). Em outras regiões do globo são citados valores da razão N:P no séston de 15-19 para áreas costeiras do hemisfério norte, 17 para o Oceano Atlântico, 15 no Oceano Índico e 26 para o Mar Mediterrâneo (STERNER et al., 2008).

O plâncton de Cabo Frio possui razão C:P variando entre 105,7 a 265 (TABELA 22). De acordo com Sterner et al. (2008), o séston apresenta valores de C:P que variam de 108 a 171 em áreas costeiras do hemisfério norte, enquanto nos oceanos esta razão é de: 112 (Atlântico), 101 (Índico), 128 a 153 (Pacífico), 202 (Mar Mediterrâneo).

Tabela 22. Razão C:P do material planctônico de Cabo Frio.

Estação do Ano Razão (C:P)

Média (min-máx)

Zooplâncton (150 µm) Fitoplâncton (64 µm) Fitoplâncton/partículas

(20 µm) Outono (n = 3) 221,3 (210,4 – 232,1) 160,3 (127,1 - 212,5) 191,0 (174,0 – 208,0) Inverno (n = 2) 210,6 (190,1 – 231,0) 198,8 (194,1 - 203,5) 277,0 (208,0 – 237,6) Primavera (n = 2) 140,8 (140,3 – 141,3) 208,9 (203,4 – 214,4) 233,9 (199,1 – 265,0) Verão (n = 5) 151,0 (105,7 – 201,0) 154,8 (130,2 – 166,5) 182,4** Média 180,9 180,7 208,6

*Fração de 150 µm (n = 2 no outono); ** cálculo realizado somente para 1 campanha, demais campanhas com valores < LD para C)

O Nitrogênio (N) e o fósforo (P), ambos exercem substanciais influência na produtividade e estrutura dos ecossistemas marinhos, assim como a comunidade planctônica também exerce um importante papel nas concentrações destes elementos nos oceanos (ELSER; HASSETT, 1994; TYRRELL 1999; KLAUSMEIER et al., 2004). A razão de Redfield N:P 16:1 é uma média aproximada através de uma ampla variedade de espécies e condições ambientais. A razão N:P observada no fitoplâncton marinho, pode muitas vezes, diferenciar-se em pelo menos uma ordem de magnitude e variar em dois níveis distintos de organização biológica: diferenças filogenéticas entre as espécies e maiores grupos taxonômico e variabilidade fenotípica entre populações de mesma espécie que estão aclimatados a diferentes condições físicas ou químicas do ambiente. Além disso, Weber e Deutsch (2010), sugerem que as concentrações de nitrogênio (N) e fósforo (P) nos oceanos são governadas pela distribuição biogeográfica do plâncton. Estes autores observaram que a razão N:P possui uma variação latitudinal, no Oceano Antártico a razão N:P é de 12:1 no Oceano Polar e 20:1 na região sub-antártica (FIGURA 37).

Figura 37. Concentração média anual na superfície dos oceanos de nitrato (A) e fosfato (B)

Fonte: NOAA- World Ocean Atlas 2009.

O Oceano Atlântico Sul é mais rico em fósforo (P) em relação ao Atlântico Norte, enquanto para o elemento nitrogênio (N) as concentrações são equivalentes em ambos (MATHER et al., 2008; TORRES-VALDÉS et al., 2009).

O comportamento do nitrogênio (N) e fósforo (P) no ambiente marinho pode ser genericamente resumido, conforme descrito por Corredor et al. (1999). Segundo este

(A)

autor, em geral, em águas “offshore” o nitrogênio (N) é limitante havendo uma transição para a limitação do fósforo (P) em regiões próximas a costa o que parece ser uma função do tempo de residência das massas de água e a conseqüente exposição do fósforo (P) a sedimentos capazes de imobilizá-lo.

Os ecossistemas tropicais marinhos próximos a costa funcionam de forma diferente a de regiões temperadas onde nitrificação/desnitrificação servem como um importante mecanismo de depuração de nitrogênio (N). Em contraste as áreas tropicais próximas a costa são mais sensíveis a cargas de nitrogênio (N), como a capacidade depuradora das comunidades microbiais é limitada pela fragilidade no elo da nitrificação. Ao mesmo tempo, a acumulação de matéria orgânica nas áreas próximas da costa com sedimentos carbonáticos parece dificultar a capacidade de imobilização do fósforo (CORREDOR et al., 1999).

Atualmente, as mudanças no ciclo dos nutrientes nitrogênio (N) e fósforo (P) no planeta devido à ação antrópica, vêm alterando a distribuição destes compostos nos ambientes aquáticos podendo gerar consequências drásticas (DOWNING, 1997; VITOUSEK et al., 2002). O rompimento do ciclo marinho do nitrogênio (N) pode trazer não só a deterioração do ambiente aquático, mas estender-se também para a atmosfera onde esse desequilíbrio favorece a emissão de produtos gasosos (NOx). Os ambientes marinhos normalmente são fontes, ao invés de sumidouro de óxido nitroso, mas as águas tropicais, com exceção das áreas de ressurgências, exibem as menores taxas de emissão (CORREDOR et al., 1999).

Uma das grandes evidências da importância do conhecimento das concentrações de nitrogênio (N) e fósforo (P) no plâncton marinho deve-se ao fato de a produção primária marinha sustentar uma produção de > 90 milhões toneladas/ano de organismos marinhos utilizados no consumo humano (alimentação humana, produção de óleo, produção de rações animais, etc.) (FAO, 2010). Além disso, os ecossistemas marinhos estocam 50 vezes mais carbono inorgânico do que a atmosfera terrestre, consequentemente, alguns produtores primários marinhos podem desempenhar um importante papel no estabelecimento do clima global (DOWNING, 1997).

Portanto, fatores que regulam a produção marinha são importantes do ponto de vista ecológico, mas acima de tudo são de interesse social, tendo em vista o crescimento da população mundial e da demanda por alimentos associada ao freqüente aumento nas perdas da produção agrícola mundial, devido a intempéries climáticas.