Produção primária, respiração e biomassa fitoplanctônica

As taxas de produção primária na coluna d’água (taxas de fotossíntese) foram determinadas a partir de incubações in situ utilizando a técnica do oxigênio dissolvido (OD) (GRASSHOFF et al., 1999). A maioria dos experimentos foram realizados entre 10 e 14 h, e o tempo de incubação foi em média de 2 horas (Figura 7E e Tabela 4).

A água de sub-superfície obtida com uma garrafa do tipo “Van Dorn” foi transferida para frascos transparentes de 125 ml, em duplicata, dispostos em tubos de acrílico transparente revestidos com diversas camadas até simularem os diferentes níveis de incidência de luz desejados (0, 2, 5, 10, 28, 50 e 100 %), arranjados em uma caixa suporte flutuante. As incidências de luz em cada tubo foram determinadas através de um sensor radiométrico (BIOSPHERICAL QSR-240). Das amostras coletadas, duas foram fixadas imediatamente após a coleta para determinação das concentrações iniciais de oxigênio dissolvido.

Desta maneira, foram obtidas simultaneamente as taxas de produção líquida fitoplanctônica em 6 níveis de luminosidade. A produção primária líquida (PPL) é a diferença na concentração do OD em decorrência dos processos de fotossíntese e respiração, ou seja, a diferença entre a concentração de OD da garrafa clara e a do OD inicial, representando o que o fitoplâncton produziu menos o que foi consumido na respiração.

A respiração que ocorreu na garrafa clara é medida isoladamente na garrafa escura, onde não ocorre fotossíntese devido à ausência de luz. Se somarmos o O2 que foi respirado

ao O2 que foi produzido na garrafa clara, temos a Produção Primária Bruta (PPB).

A determinação da concentração do OD no início e no final dos experimentos são obtidos em ml.L-1, de acordo com a metodologia empregada (GRASSHOFF et al., 1999). A transformação da concentração de oxigênio em mg.L-1 é feita multiplicando o valor em ml.L-1 pelo fator de 1,43 (CARMOUZE, 1994), e este em mmolO2.L-1 dividindo o resultado anterior

pela massa atômica do O2, que é de 32. As taxas de fotossíntese bruta (frascos claros) e a

respiração (frascos escuros) durante o período de incubação (horas) foram obtidas utilizando as seguintes equações: Produção ( Tempo Ci Cf h L O mmol 1 1) ( ) 2 − = − − (Eq. 19) Respiração Tempo Cf Ci h L O mmol ) ( ) ( 1 1 2 − = − − _{(Eq. 20)}

Ci = concentração de OD (mmol.L-1_{) na água inicial, a qual seria incubada;}

Tempo = tempo de duração do experimento (h).

As taxas de produção de oxigênio pelo fitoplâncton foram convertidas em taxas de carbono fixado utilizando-se um quociente fotossintético QF (por átomos) de 1,2 (ASMUS,

1982), o qual estabelece a relação entre o número de moléculas de O2 liberadas na

fotossíntese e o número de CO2 assimiladas (Eq. 19). Os resultados obtidos em peso de

carbono fixado por volume e por tempo (mgC.m-3.h-1) foram posteriormente, recalculados para produção por área e por tempo (gC.m-2.d-1).

2 2 CO O PQ ∆ − ∆ + = (Eq. 21)

A taxa de mineralização do carbono foi calculada a partir dos valores de respiração, assumindo um quociente respiratório (QR) de 0,85 (CARMOUZEE, 1994).

2 2 O CO PR − ∆ + = (Eq. 22)

Onde: - Unidade: mmol C.m-2.h-1

Considera-se que a estrutura vegetal empregada para interceptar a energia solar é formada pelos cloroplastos (interface física a qual é conectada à fonte luminosa sol) e que esta utiliza a faixa de espectro solar entre 400–700 nm, conhecida como radiação fotossinteticamente ativa (PAR) que corresponde aproximadamente a 47 % da luz incidente (VOLLENWEIDER, 1974). As médias horárias das leituras de luz foram tomadas por um piranômetro em W.m2 e transformadas para em Einstein.m2.d-1 e para radiação fotossinteticamente ativa PAR através de fatores de conversão. Os dados de luz utilizados nos experimentos foram obtidos nas estações meteorológicas do Instituto Tecnológico do Paraná (SIMEPAR) localizadas próximas à área estudada. Para cada ponto amostrado foram medidas as profundidades e a transparência da água (m) por meio do disco de Secchi no início e no final de cada experimento.

A produção de carbono obtida por unidade de volume foi integrada para a zona eufótica pela regra trapezoidal. As profundidades correspondentes aos níveis de radiação incidente simulados nos experimentos foram calculadas conforme o modelo:

K InEz InEo

Onde: Z é a profundidade de cada nível de radiação incidente; E0 é a radiação solar na superfície; EZ é a radiação no plano horizontal da profundidade Z; K (m) é o coeficiente de

extinção da luz na água, de 1,44 para estuário com alta turbidez (HOLMES, 1970), obtido indiretamente através do disco de Secchi seguindo a equação abaixo:

K= 1,4 . (Eq. 24)

Prof. Secchi (m)

A partir desse valor, a produção primária obtida durante o período de incubação foi extrapolada para o período luminoso do dia, utilizando-se a curva de radiação fotossinteticamente ativa (PAR). O cálculo foi feito de acordo com a relação:

I T L L p P= . (Eq. 25)

Onde: P = produção primária bruta (mgC m-2 _dia-1_);

p = produção primária bruta do período de incubação (mgC m-2_);

LT = radiação solar total diária;

LI = radiação solar total durante o período de incubação.

4.4.3.1 Aplicação do modelo empírico Cole e Cloern (1987) para a estimativa de produtividade

Os dados de produção primária bruta (mgC.m-2.d-1) obtidos neste estudo, foram utilizados para a calibração do modelo empírico Cole e Cloern (1987). Para cada bloco de dados a produção integrada na zona eufótica ∫P foi submetida à análise de regressão contra

parâmetros empíricos tais como: produção de biomassa fitoplanctônica B (clorofila-a em mg.m-3), considerando para este estudo que esta se encontra homogeneamente distribuída em toda a coluna fótica; profundidade da zona fótica Zp (m) e radiação fotossinteticamente ativa

PAR incidente na superfície Io (E.m-2.d-1). A profundidade fótica foi obtida a 1% da radiação que chega à superfície, calculada através do coeficiente de atenuação da luz k (m), estimado pela profundidade do disco de Secchi (m) usando a relação k=1,44/Secchi (HOLMES, 1970).

PP in situ= B.Zp.Io (Eq. 26)

Onde: B= clorofila-a (mg.m-3_);

Zp= profundidade da zona fótica (m);

A conversão da luz, médias horárias das leituras foram tomadas por um piranômetro em W.m-2 e transformadas para Einstein.m-2.d-1 e destas para radiação fotossinteticamente ativa PAR (Eq. 24). Para os dados dos experimentos de PP, antes de utilizar os fatores de conversão, as médias horárias de luz foram integrada no tempo e corrigida em relação ao tempo de incubação. Para os blocos de dados das estimativas foram utilizadas as médias diárias de luz referentes aos dias de cada campanha.

Fator de conversão da luz (HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS, 1979)

(Eq. 27):

a) 1W.m-2 = 4,5929 µEinstein.m-2.s-1;

b) 4,5929 µEinstein.m-2.s-1 = (10-6 Einstein).m-2.s-1 = Einstein/10-6 ∴∴∴ 10∴ -6E.m-2.d-1 = (10-6).m-2.1,15741.10-5= 0,086400;

c) Luz PAR = 0,47 ou 47 % da luz incidente (VOLLENWEIDER, 1974);

Onde: A unidade final de luz utilizada no cálculo é E.m-2.d-1.