O balanço de massa é uma descrição quantitativa de todos os nutrientes que entram, saem e se acumulam em um sistema (COOKE et al., 2016). Esta ferramenta pode fornecer uma gestão eficaz de sistemas eutróficos, planeando medidas de mitigação para controlar a eutrofização e a proliferação de cianobactérias (LURLING, et al., 2016). Porém, este modelo não levou em consideração um ambiente fortemente influenciado pela carga interna (SØNDERGAARD et al., 2003).
O modelo Land Ocean Interactions in Coastal Zone (LOICZ) tem sido amplamente utilizado para ambientes costeiros (GORDON et al., 1996).
Objetivo geral
Objetivos específicos
Área de estudo
A lagoa de Jacarepaguá faz parte do complexo lagunar da Baixada de Jacarepaguá (Figura 4) juntamente com as lagoas da Tijuca, Marapendi e Camorim (DOMINGOS, 2001). A carga de fósforo dos afluentes da Lagoa de Jacarepaguá foi calculada com base nas concentrações de fósforo total. Legenda: Cores com amostras de sedimentos da Lagoa de Jacarepaguá mostrando o aspecto do sedimento desta lagoa.
Para avaliar o fluxo interno de fósforo foram utilizadas amostras de sedimentos da Lagoa de Jacarepaguá coletadas em duas campanhas. O modelo “Interações Terra-Oceano na Zona Costeira” (LOICZ) (GORDON et al., 1996) foi utilizado para determinar o balanço hídrico, salino, estequiométrico e de fósforo da Lagoa de Jacarepaguá. Legenda: Componentes utilizados para determinação do balanço de massa da Lagoa de Jacarepaguá utilizando o modelo LOICZ.
Legenda: Valores mensais de carga diária de fósforo em kg dia-1 na lagoa de Jacarepaguá nos rios Camorim (amarelo), Caçambé (verde), Arroio Pavuna (vermelho), Marinho (preto). Legenda: Fluxo de fósforo do sedimento (mg P m-2 d-1) em diferentes pontos de coleta na Lagoa de Jacarepaguá. Legenda: Concentração de fósforo biodisponível no sedimento (µg P g-1 peso seco de sedimento) de diferentes estações (P1, JAC 18, P4, P5 e JAC 20) da lagoa de Jacarepaguá.
Nossos resultados indicam que a eutrofização da Lagoa de Jacarepaguá é promovida por elevados aportes externos de P. A morfometria e localização da Lagoa de Jacarepaguá a tornam menos exposta a situações que aumentam drasticamente sua salinidade. O sedimento da Lagoa de Jacarepaguá armazena grande quantidade de fósforo (751 µg P g-1), que pode potencialmente ser liberado na coluna d’água.
Estudos limnológicos na Lagoa de Jacarepaguá (RJ): Variáveis abióticas e mudanças na estrutura e dinâmica da comunidade perifítica em Typha domingensis Pers [dissertação].
Monitoramento limnológico, coletas e análises de amostras da Lagoa
Determinação do conteúdo de fósforo do sedimento da Lagoa de
O peso seco do sedimento foi estimado gravimetricamente a partir de uma subamostra de 10 ml de sedimento, antes e após secagem em estufa a 60ºC. Para extrair e quantificar o fósforo presente no sedimento, seguiu-se o protocolo de extração sequencial modificado de Paludan e Jensen (1995) em três etapas (figura 10) (CAVALCANTE, H. et al., 2018). O tubo foi lavado em placa agitadora por 30 minutos e depois centrifugado por 10 minutos (o tempo de centrifugação foi o mesmo em todas as etapas).
Foram coletadas amostras do filtrado para análise de fósforo total dissolvido (FTD) e fósforo dissolvido (fósforo reativo solúvel – FSR). O tubo foi deixado em placa agitadora por 30 minutos, centrifugado e o sobrenadante foi coletado e reservado em tubo de ensaio. O sobrenadante foi retirado do tubo com o pellet e misturado ao sobrenadante reservado no tubo de ensaio.
As concentrações reativas de fósforo solúvel e fósforo total dissolvido foram analisadas usando um sistema de análise de injeção de fluxo (modelo FIA2500, FIALab Instruments Inc., Seattle, Washington). O fósforo não reativo (NaOH-FNR) foi determinado pela diferença nas concentrações de FSR e o FTD foi analisado a partir da fração de fósforo extraída com NaOH. A quantidade de fósforo que pode ser liberada do sedimento foi estimada a partir da soma do NaOH-FNR com as concentrações de FSR extraído com água anóxica e BD (SCHAUSER et al., 2006).
Fluxo interno de fósforo do sedimento da Lagoa de
As comparações entre as médias de evaporação, precipitação, salinidade, OD, pH, FSR e temperaturas do ar e da água foram realizadas por meio do teste t de Student. Caso não estivessem normais, os dados foram transformados em Log10 (X+1) para atender aos critérios de análise; quando a normalidade não foi alcançada, foi realizado o teste de Mann-Whitney.
O modelo LOICZ
Legenda: Variação na concentração de fósforo reativo solúvel (FSR em µg L-1) nos principais afluentes e na lagoa de Jacarepaguá entre junho de 2017 e abril de 2019. Legenda: Variação na concentração de fósforo total (µg L - 1) em nos principais afluentes e na lagoa de Jacarepaguá, entre junho de 2017 e abril de 2019. Legenda: Variação na biomassa de cianobactérias e algas eucarióticas (concentração de clorofila-a µg L-1) na lagoa de Jacarepaguá entre os meses de junho de 2017 até abril de 2019.
O potencial de liberação de P do sedimento foi avaliado em testemunhos coletados em cinco pontos da Lagoa de Jacarepaguá em duas campanhas (2018 e 2019). Foi estimado um aporte anual de 60 toneladas por ano através dos afluentes que deságuam na Lagoa de Jacarepaguá. As liberações recebidas pelo Rio Guerenguê são encaminhadas para a Lagoa de Jacarepaguá através do Rio Arroio Pavuna.
Este fato poderá resultar no aumento do fornecimento de nutrientes para a Lagoa de Jacarepaguá a partir do Rio Camorim. Os afluentes que deságuam na Lagoa de Jacarepaguá contribuem com uma quantidade diária significativa de fósforo (165 kg dia-1) em suas águas para esse sistema.
Variáveis climatológicas
O regime físico e químico na Lagoa de Jacarepaguá
O fósforo na Lagoa de Jacarepaguá e nos tributários
As concentrações de fósforo solúvel reativo foram maiores nos rios Caçambé e Arroio Pavuna, com médias mensais de µg L-1 e µg L-1, respectivamente. O mês de novembro de 2017 foi marcado pela alta concentração de fósforo total, o que contrastou com o restante do período estudado.
Variação da biomassa fitoplanctônica (clorofila-a)
Embora pesquisas mostrem que a evaporação pode aumentar as concentrações de nutrientes na coluna d'água em lagos rasos (OZEN et al., 2010), na Lagoa de Jacarepaguá parece não haver relação entre a concentração de nutrientes e a taxa de evaporação. Essa estimativa está dentro dos valores encontrados em outras lagoas costeiras do estado do Rio de Janeiro com características semelhantes (Lagoa de Maricá 115 dias, Lagoa de Piratininga 46 dias) (DUPRA et al., 2000). A alta taxa de liberação de fósforo (5,36 mg P m-2 d-1) observada em nossos experimentos, e fluxos ainda maiores (9,2 mg P m-2 d-1; De MAGALHÃES et al., 2018) foram obtidos com sedimentos incubados sob condições anaeróbicas.
Uma oxigenação do ambiente na interface sedimento-água é pré-requisito para um controle efetivo da liberação de fósforo do sedimento pelo ferro (SMOLDERS et al., 2006). Portanto, a eutrofização cultural é considerada o problema mais comum que afeta as lagoas costeiras neotropicais (Esteves et al. 2008). A vazão não é acompanhada de sedimentos, que ficam preferencialmente retidos nas lagoas (Fernandes et al. 1994).
In addition, the occurrence of a toxic bloom of Microcystis aeruginosa in the Jacarepaguá lagoon resulted in the contamination of fish with microcystins (de Magalhães et al. 2001). Cyanobacterial blooms were first reported in the early 1990s (Fernandes 1993), and have become more common since the mid-1990s (Gomes et al. 2009). These two stations have been shown to be representative of the lagoon (Ferrão-Filho et al. 2002; Gomes et al. 2009).
The pool of RSP was estimated based on the content of water-P, BD-P and NaOH-NRP fractions (Schuser et al. 2006). An oxidizing environment at the sediment-water interface is a prerequisite for effective control of P release in sediment by iron (Smolders et al. 2006). If such an intervention were to be implemented in the lagoon, a total budget of approximately $10 million would be required, which is only 4–5% of the estimated dredging costs (de Magalhães et al. 2018).
Carga de fósforo dos tributários para a Lagoa Jacarepaguá
Avaliação do fluxo interno de fósforo do sedimento
Não houve variação significativa no valor do pH da água contida nos núcleos durante o experimento, tanto em 2018 quanto em 2019. Legenda: Oxigênio dissolvido na água contida nos núcleos no experimento de liberação de fósforo nos anos de 2018 (A) e 2019 (B). Como esperado, houve um aumento gradual na concentração de fósforo reativo solúvel (FSR) na água contida nos testemunhos, indicando a liberação de fósforo do sedimento ao longo do experimento, tanto em 2018 quanto em 2019.
O fluxo de fósforo (mg P m-2 d-1) do sedimento para a água foi calculado a partir dos dados de concentração de fósforo reativo solúvel na coluna d'água dos testemunhos.
Avaliação do fósforo biodisponível no sedimento
Modelo LOICZ
Balanço hídrico, salino e de fósforo da Lagoa de Jacarepaguá
Balanço de fósforo e estequiométrico da Lagoa de Jacarepaguá
Devido ao acúmulo de nutrientes, a Laguna Jacarepaguá apresentou alto nível de eutrofização com florações contínuas de cianobactérias, fato também observado em estudos anteriores (FERRÃO FILHO et al., 2002; GOMES et al., 2009; De MAGALHÃES. 2018). Vadrucci et al., (2004) avaliaram a contribuição de insumos internos e externos para o Lago Alimini Grande, um pântano salgado (no sul da Itália), que apesar de receber uma carga significativa de nutrientes da bacia de drenagem, é classificado como oligo - mesotrófico. DE DONNO et al., 2017). As estimativas de cargas externas e internas de P para o Lago Alimini Grande foram em média de 0,34 e 0,3 mg m-2 dia-1, respectivamente (VADRUCCI et al., 2004; dados recalculados), o que é duas e uma ordem de grandeza maior, respectivamente. as taxas estimadas para Lagoa de Jacarepaguá.
Esse mineral pode ser disponibilizado diretamente aos organismos produtores, aumentando a eutrofização, ou mesmo armazenado no sedimento (NIXON et al., 1996; GRELOWSKI et al., 2000). Mesmo considerando que a ciclagem que ocorre na própria coluna d'água pode muitas vezes resultar em alta produção regenerada (CARMOUZE et al., 1991). O elevado teor de ferro no sedimento da Lagoa de Jacarepaguá (em média 28 mg g-1, JÚNIOR et al., 2012) supera o maior teor de fósforo que pode ser liberado do sedimento neste sistema (1-1,4 mg g-1), excedendo claramente a razão molar Fe:P de 1:1, abaixo da qual o fosfato pode ser libertado do sedimento, mas acima da qual o fosfato pode ser eficazmente retido.
Se esta intervenção for aplicada à lagoa, seu custo total seria estimado em R$ 42 milhões, o que representa apenas 4 a 5% do custo estimado da dragagem (De MAGALHÃES et al., 2018). Um estudo recente mostrou que esta poluição promoveu a propagação não só da comunidade microbiana indígena, mas também de bactérias patogénicas oportunistas (Salloto et al. 2012). O biovolume do fitoplâncton (mm3 L-1) foi estimado multiplicando a densidade de cada espécie pelo volume médio de suas células (Hillebrand et al. 1999).
The pool of potentially releasable sediment P (RSP) in the sediment was determined by a sequential extraction protocol modified from Paludan and Jensen (1995), and described in Cavalcante et al. The estimates of external and internal P loading for Lake Alimini Grande averaged 0.34 and 0.3 mg m−2 day−1, respectively (Vadrucci et al. 2004; data recalculated), which are two and one orders of magnitude, respectively is lower than estimated rates for Jacarepaguá Lagoon.
