TESE DE DOUTORADO
Estudos ecológicos da cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju no Lago Dom Helvécio,
Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais, Brasil.
Fábio da Cunha Garcia
Orientador
Prof. Dr. Francisco Antônio Rodrigues Barbosa
Junho de 2007
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA, CONSERVAÇÃO E MANEJO DE VIDA SILVESTRE
Estudos ecológicos da cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju no Lago Dom Helvécio,
Parque Estadual do Rio Doce, MG, Brasil.
Tese a ser apresentada à Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos pré-requisitos do Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre, para obtenção do título de Doutor em Ecologia.
Fábio da Cunha Garcia
Orientador
Prof. Dr. Francisco Antônio Rodrigues Barbosa
Belo Horizonte, junho de 2007.
Ficha Catalográfica
Garcia, F.C. - Estudos ecológicos da cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju no Lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce, MG, Brasil. Tese de Doutorado. Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais. 82p.
Fábio da Cunha Garcia, Belo Horizonte, UFMG, 2007.
Palavras-chave: Cylindrospermopsis raciborskii, cianobactéria, influências climáticas, estrutura física da coluna d’água, dinâmica populacional, experimentos in vitro, lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce-MG, Brasil.
Fontes de Financiamento
Apoio
Dedicatória
Dedico este trabalho ao meu Pai, Isaias Marques Garcia (in memória), um exemplo de pessoa e de pai; um grande incentivador do meu trabalho.
Dedico este trabalho a minha mãe Rosa Maria, também um exemplo de pessoa, de mãe e profissional, e mais uma grande incentivadora do meu trabalho.
Dedico este trabalho a minha esposa Junia e minha filha Lorena, por fazerem parte da minha vida.
Agradecimentos
Ao Professor Francisco Barbosa pela orientação e amizade, que iniciaram em 1992 quando entrei para o Laboratório de Limnologia e será sempre uma referência de pessoa e profissional.
À Universidade Federal de Minas Gerais / Instituto de Ciências Biológicas, pela formação de qualidade que me proporcionou, tanto na graduação quanto agora no doutorado.
Ao Programa de Pós-graduação em Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre, através dos professores e funcionários, pela formação, logística a apoio durante o doutorado.
Ao CNPq, pela a bolsa de estudo e ao PELD/UFMG, pelo financiamento do projeto.
Ao Instituto Estadual de Floresta e funcionários do Parque Estadual do Rio Doce, pelo apoio ao desenvolvimento do projeto nessa Unidade de Conservação.
A todos os colegas que ajudaram nas coletas; o apoio de vocês foi fundamental para o desenvolvimento do projeto.
Aos colegas do Laboratório de Limnologia e de Ecologia do Zooplâncton, pelo convívio amizade e apoio durante o andamento da Tese.
Aos colegas do café das 16 horas, momento de descontração e conversas muito importante durante o período da Tese.
A Professora Paulina, pela amizade, orientação e presença constante na minha vida acadêmica.
Ao Fábio Vieira, pela amizade, ajuda e cafés no Laboratório de Ictiologia.
Ao José Fernandes, pela amizade, ajuda na Tese e companhia no café das 16 horas.
A Lucilene da Silva, Bióloga, Professora da Rede de Ensino Estadual na região de Dionísio, que muito me ajudou nas coletas semanais.
A Cristiane Barros, pela importante participação na tese.
A Akemi Aoki, pela contagem do zooplâncton.
Especialmente a minha esposa Junia e a minha filha Lorena, por fazerem parte da minha vida; pelo amor, apoio, ajuda e tolerância naqueles momentos de estresse.
Especialmente a minha família: minha mãe Rosa Maria – exemplo de pessoa, mulher, mãe e profissional –, meus irmãos Domingos Sávio e Gustavo, amigos e incentivadores do meu trabalho, cunhadas e sobrinhos, pessoas maravilhosas e muito importantes na minha vida.
Especialmente a família de minha esposa, minha família em Belo Horizonte, que sempre esteve ao meu lado e são muito importantes para mim.
A todos que direta ou indiretamente me ajudaram e comigo conviveram durantes estes anos.
A todos vocês, o meu muito obrigado!
Sumário
Ficha Catalográfica... I Dedicatória... II Agradecimentos... III Sumário... IV
Lista de tabelas, figuras e anexos... 1
Apresentação... 3
Resumo... 4
Abstract... 6
Introdução... 8
Hipóteses de trabalho... 12
Objetivo geral... 12
Objetivos específicos... 12
Área de trabalho... 13
Referências bibliográficas... 15
Cap 1... 17
Resumo... 19
Introdução... 20
Material e métodos... 21
Resultados... 22
Discussão... 26
Referências bibliográficas... 30
Cap 2... 32
Resumo... 33
Introdução... 35
Material e métodos... 36
Resultados... 39
Discussão... 48
Referências bibliográficas... 55
Cap 3... 59
Resumo... 60
Introdução... 62
Material e métodos... 63
Resultados... 64
Discussão... 69
Referências bibliográficas... 73
Conclusões ... 75
Anexos... 79
Lista de tabelas Página Tabela 2.1 Valores médios e desvio padrão de variáveis físicas e químicas do
lago Dom Helvécio. Resultados do teste Mann-Whitney com os valores significativamente diferente entre os períodos desestratificado e estratificado. 40 Tabela 2.3. Principais espécies e sua contribuição para a biomassa total do
fitoplâncton no lago Dom Helvécio nas cinco fases identificadas. 42 Tabela 2.4. Medidas de importância (eigenvalues), de correlações espécies-
ambiente (força da interação) e da percentagem acumulada da variância das espécies (relação espécies-ambiente) explicada pelos eixos da ordenação canônica. 43 Tabela 2.5. Coeficientes de correlação “inter-setas” entre as variáveis ambientais significativas e que foram adicionadas ao modelo de ordenação
canônica. 43 Tabela 2.7. Coeficiente de correlação de Spearman entre a biomassa de Cylindrospermopsis raciborskii e as variáveis ambientais. 47 Tabela 3.1. Concentrações iniciais e finais de fósforo solúvel reativo (PO4-P),
nitrato (NO3-N) e amônia (NH4-N), e razões entre nitrogênio inorgânico dissolvido e fósforo inorgânico dissolvido (DIN:DIP) nos diferentes
tratamentos do experimento com enriquecimento. 67
Lista de figuras
Figura 1. Figura 1. Fotos de microscópio invertido (~2.000 x) da cepa de C.
raciborskii isolada do lago Dom Helvécio, MG. 9
Figura 2. Localização do Parque Estadual do Rio Doce com parte do sistema
lacustre do médio Rio Doce, evidenciando o lago Dom Helvécio. 13 Figura 3. Vista panorâmica do lago Dom Helvécio, a partir do mirante. 14 Figura 1.1. Variações anuais da temperatura do ar, da estabilidade da coluna
d’água e do conteúdo de calor no lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio
Doce-MG no período 2001 a 2004. 23
Figura 1.2. Variação anual da temperatura do ar na região do trecho médio do Rio Doce, da profundidade da zona de mistura e da estabilidade da coluna
d’água do lago Dom Helvécio, entre julho de 2002 e julho de 2003. 24 Figura 1.3. Diagramas de profundidade/tempo da temperatura da água (A) e
concentração de oxigênio dissolvido (B) no lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce-MG no período julho de 2002 a julho de 2003. 25 Figura 1.4. (A) Variação mensal da profundidade da zona de mistura e das
concentrações de fósforo e nitrogênio total, no lago Dom Helvécio. A linha tracejada mostra o limite entre os estados tróficos oligotrófico, mesotrófico e eutrófico, segundo modelo de Salas & Martino (1990). (B) Variação mensal da
concentração de fósforo total e da densidade total do fitoplâncton no lago Dom
Helvécio. 26 Figura 2.1. Divisão do período de estudo em fases: I) desestratificação/02; II)
transição/02; III) estratificação02/03; IV) transição/03 e; V) desestratificação/03. 38 Figura 2.2. Biomassas das Classes fitoplanctônicas na zona eufótica do lago
Dom Helvécio no período julho 2002 a julho 2003. 41
Figura 2.3. Diagrama de ordenação da Análise de Correspondência Canônica (CCA) mostrando as espécies fitoplanctônicas, as variáveis ambientais que
exercem influência significativa e independente na distribuição do fitoplâncton. 44 Figura 2.4. Variação – média e desvio padrão – na biomassa de C. raciborskii
nas profundidades de 100, 10 e 1 % incidência da luz na superfície, no lago
Dom Helvécio, MG. 45
Figura 2.5. Variação na biomassa de espécies da Classe Cyanophyceae ao
longo do período de estudo. 46
Figura 2.6. Biomassa de Cylindrospermopsis raciborskii – com (ch) e sem
heterocito (sh) no lago Dom Helvécio. 47
Figura 3.1. Curvas de crescimento de culturas de Cylindrospermopsis
raciborskii mantidas sob quatro condições de temperatura. 65 Figura 3.2. Densidades de Cylindrospermopsis raciborskii inicial e após dez
dias de incubação em diferentes temperaturas. 65
Figura 3.3. Curvas de crescimento de culturas de Cylindrospermopsis
raciborskii mantidas sob quatro condições de luminosidade. 66 Figura 3.4. Densidades de Cylindrospermopsis raciborskii inicial e após dez
dias de incubação sob diferentes intensidades luminosas. 67 Figura 3.5. Curvas de crescimento de culturas de Cylindrospermopsis
raciborskii mantidas sob diferentes condições de enriquecimento. 68 Figura 3.6. Densidades de Cylindrospermopsis raciborskii inicial e observada
após dez dias de incubação sob diferentes condições de enriquecimento com
fósforo. 69 Lista de anexos
Anexo 1. Relação de Classes, gêneros e espécies encontradas no Lago Dom
Helvécio. 79
Anexo 2. Protocolo para preparação do meio ASM-1 82
Apresentação
Esta tese está estruturada com uma introdução, onde é apresentada a cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii, com suas principais características e fatores reguladores da espécie, segundo a bibliografia; apresenta as questões a serem discutidas, hipóteses testadas e objetivos (geral e específicos) propostos. Posteriormente apresenta a área de estudo, com o mapa de localização e algumas imagens do lago Dom Helvécio.
Os três capítulos seguintes abordarão diretamente as hipóteses e objetivos do trabalho, estando assim dispostos:
Capítulo 1.
A influência do clima no regime térmico, na zona de mistura e na estabilidade da coluna d’água e seus reflexos na dinâmica química da água e no fitoplâncton do lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce - MG, Brasil.
Trabalho apresentado no X Congresso Brasileiro de Limnologia (Ilhéus - BA, 24 a 29 de julho de 2005) – premiado como uma das cinco melhores apresentações do congresso – e submetido à Revista Limnologica.
Capítulo 2.
Dinâmica populacional e participação de Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (Cyanophyceae, Nostocalle) na comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio, Sudeste do Brasil.
Capítulo 3.
Respostas ecofisiológicas da cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju, mantida em cultura, a alterações de temperatura, luz, concentração de fósforo e razão N:P.
Resumo
Com o objetivo de caracterizar a dinâmica populacional de Cylindrospermopsis raciborskii e sua participação na comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio – Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais, esta tese está estruturada em três capítulos.
O primeiro caracteriza as influências climáticas na estrutura térmica do lago Dom Helvécio e seus reflexos na química da água. Os resultados demonstram a ação direta do clima sobre as variáveis físicas, influenciando indiretamente a química da água. Estes resultados reforçam a importância do monitoramento climático como ferramenta para estudos ecológicos. O segundo capítulo caracteriza a dinâmica populacional de C.
raciborskii e sua participação na comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio. C.
raciborskii contribui com um máximo de 5,5% para a biomassa total e com 74,5% da biomassa da Classe Cyanophyceae, sendo significativamente maior no período de estratificação (máximo de 0,81mg.L-1) que no desestratificado (máximo de 0,18mg.L-1), mas sem diferenças entre as profundidades. Filamentos heterocitados foram registrados quase que exclusivamente no período de estratificação (45,7%) e não foi registrada a presença de acinetos. A biomassa de C. raciborskii está correlacionada positivamente com temperatura, estabilidade da coluna d’água e fósforo solúvel reativo, e negativamente com nitrato, amônia, razão DIN:DIP, Zeu e razão Zeu/Zmix, no período estratificado. O terceiro capítulo apresenta as respostas in vitro de C. raciborskii às manipulações nas condições de temperatura, irradiância, concentração de fósforo solúvel reativo e razão N:P (dissolvidos). No experimento com temperatura, maiores densidades foram obtidas no tratamento a 25ºC (84.496org.ml-1). No experimento com luz, as maiores densidades foram obtidas nos tratamentos de 65 e 220µmol.m2.s-1 e nos experimentos com enriquecimento todos os tratamentos apresentaram crescimento em relação ao inicial, mas problemas metodológicos podem ter produzido resultados imprecisos. Os resultados obtidos nos estudos in vitro corroboram parcialmente aqueles obtidos in situ, onde foram encontradas correlações positivas entre a biomassa de C.
raciborskii com a temperatura da coluna d’água e com fósforo solúvel reativo, mas sem diferenças significativas na biomassa entre as profundidades de 100, 10 e 1 % de incidência de luz. Estes resultados confirmam, parcialmente, a primeira hipótese de que os principais fatores que regulam as populações de C. raciborskii no lago Dom Helvécio são aqueles relacionados com a estabilidade do sistema e a temperatura da água; que a disponibilidade de nutrientes, notadamente fósforo solúvel reativo, tem importância
secundária; que o regime de luz subaquático não interfere na variação vertical da biomassa e que uma maior densidade de C. raciborskii foi registrada no verão, quando ocorre a maior estabilidade nesse ambiente. Estes resultados confirmam a segunda hipótese, que as maiores biomassas de C. raciborskii ocorrem no verão, quando das maiores estabilidades da coluna d’água. Por fim, confirmam parcialmente a terceira hipótese, que pode haver uma relação negativa entre as concentrações de nitrogênio e a biomassa de C. raciborskii no lago Dom Helvécio – o que foi confirmado – mas não sendo evidenciado o favorecimento de C. raciborskii em relação às demais espécies do fitoplâncton.
Abstract
Aiming to characterize the population dynamics of Cylindrospermopsis raciborskii and its participation in the phytoplankton community of Dom Helvécio lake - State Park of Rio Doce, Minas Gerais, this thesis is structured in three chapters. The first one characterizes the climatic influences on the thermal structure of Dom Helvécio lake and its consequences on the water chemistry. The recorded results demonstrate the direct action of the climate on physical variable, indirectly influencing the chemistry of the water. These results also strengthening the importance of climatic monitoring as a ool for ecological studies. The second chapter characterizes the population dynamics of C.
raciborskii and its participation in the phytoplankton community of lake Dom Helvécio.
C. raciborskii contributes with a maximum of 5.5% of total biomass and with 74.5% of the biomass of Cyanophyceae, being significantly higher during the stratification period (maximum of 0.81mg. L-1) than the mixing one (maximum of 0.18 mg. L-1) without showing differences between depths. Filaments whit heterocits had been registered almost exclusively during the stratification period (45.7%) and the presence of acinets was not registered. The biomass of C. raciborskii correlated positively with temperature, stability of the water column and soluble reactive phosphorus, and negatively with nitrate-nitrogen, ammonia-nitrogen, DIN: DIP ratio, Zeu and Zeu/Zmix ratio, all in the estratificated period. The third chapter presents the answers of in vitro manipulations of C. raciborskii in relation to temperature conditions, light regime, concentrations of soluble reactive phosphorus and N: P (dissolved) ratio. In the experiment with temperature, higher densities were recorded at 25ºC (84.496org.ml-1).
In the experiment with light highest densities were recorded in treatments of 65 and 220µmol.m2.s-1 (98,825 and 116,525 org.ml-1, respectively) and in the experiments of enrichment all treatments presented growth in relation to the initial values. These results partially corroborate those recorded in situ, where positive correlations between biomass of C. raciborskii had been found with the temperature of the water column and with soluble reactive phosphorus, but without significant differences in biomass at depths of 100, 10 and 1% of light incidence. These results confirm partially the first hypothesis that the main factors that regulate populations of C. raciborskii in lake Dom Helvécio are related with the stability of the system and temperature of the water; that the availability of nutrients, mainly soluble reactive phosphorus has secondary importance; that the underwater light regime does not interfere with the vertical
variation of phytoplankton biomass and that a higher density of C. raciborskii was registered in summer when also occur a greater stability in this environment. These results confirm the second hypothesis, that the biggest biomasses of C. raciborskii occur in the summer, when the biggest estabilidades of the water column These results partially confirm the third hypothesis, that does exist a negative correlation between nitrogen concentrations and biomass of C. raciborskii – it was confirmed – but not being evidenced C. raciborskii is favored in relation to other phytoplankton species.
Introdução
As cianobactérias são encontradas em diferentes ambientes, como lagos tropicais e de regiões temperadas, rios e estuários (Oliver & Ganf 2000). É grupo mais encontrado quando ocorrem florações em ambientes eutrofizados (Bouvy et al. 1999). Os fatores primários que determinam a dominância das cianobactérias são a temperatura da água, o regime de luz subaquático e a zona de mistura da coluna de água (Dokulil & Teubner 2000).
Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (Cyanophyceae, Nostocales) foi encontrada inicialmente em reservatórios de Java, na Ásia, no final do século passado (Padisák 1997). Ela habita diferentes ambientes, desde reservatórios oligotróficos do hemisfério Sul a pequenos, rasos e hipereutróficos lagos no hemisfério Norte, sendo encontrada também em rios e outros ambientes com fluxo de água intenso. Essa diversidade de habitats, tanto em termos da geomorfologia quanto da química da água demonstra o alto grau de adaptação ecofisiológica dessa espécie (Padisák 1997).
Seu aparecimento em lagos naturais e em reservatórios está relacionado com florações de algas que afetam seriamente a qualidade da água utilizada para recreação e abastecimento público, como no Reservatório Solomom, na Austrália (Hawkins 1988), nos lagos Balaton, na Hungria (Padisák 1997, Padisák & Istvánovics 1997) e Paranoá, em Brasília (Branco & Senna 1996).
Inicialmente C. raciborskii era conhecida por não produzir toxicidade. No entanto, acidentes levando à intoxicação de humanos foram relacionados com a presença dessa espécie na água utilizada para abastecimento público. Em 1979, em Palm Island na Austrália, 148 pessoas foram intoxicadas e esse acidente foi relacionado com a presença dessa cianobactéria no Reservatório Salomon, utilizado como fonte de abastecimento de água para a população (Padisák 1997).
Cylindrospermopsis raciborskii foi inicialmente descrita como Anabaena raciborskii e posteriormente como Anabaenopsis raciborskii (Padisák 1997); uma diferença no posicionamento do heterocito no filamento levou à diferenciação entre estes gêneros: enquanto no gênero Anabaenopsis o heterocito aparece como um par de células dividindo o filamento em dois, em Cylindrospermopsis ele tem um posicionamento terminal no filamento (figura 1). No entanto, a morfologia do tricoma de C. raciborskii varia durante o crescimento da população e pode ocorrer, dependendo
das condições ambientais, a ausência tanto do heterocito quanto do acineto, dificultando a taxonomia dessa espécie. Uma maior descrição sobre a morfologia e o ciclo de vida de C. raciborskii pode ser obtida em Padisák (1997).
Figura 1. Fotos de microscópio invertido (~2.000 x) da cepa de C.
raciborskii isolada do lago Dom Helvécio, MG. Laboratório de Biofísica, ICEX/UFMG – Imagem de Leonardo G. de Mesquita, gentilmente cedidas por Maria Betânia G. Souza.
Cylindrospermopsis raciborskii ocorre em um amplo espectro de ambientes de água doce. No entanto, independente da latitude, o crescimento de populações dessa espécie ocorre principalmente em águas quentes (Bouvy et al. 2000, Isvánovics et al. 2000, Huszar et al. 2000, Borics et al. 2000), limitando assim o crescimento da população, nas regiões temperadas, a pequenos períodos do verão. Esse requerimento, em parte, está relacionado com a necessidade de temperaturas adequadas para a germinação do acineto (Padisák 1997). Aliada à temperatura, a estabilidade do ambiente é um dos fatores que
podem influenciar a ocorrência de C. raciborskii (Padisák 1997, Bouvy, 2000). Na maioria dos lagos tropicais as maiores populações são registradas em períodos de estratificação térmica (verão), quando picos de crescimento são observados no metalimnio desses lagos, como demonstrado por Barbosa & Padisák (2002) no lago Dom Helvécio, no Parque Estadual do Rio Doce, MG. Uma menor sazonalidade nos trópicos pode promover melhores condições para a presença de cianobactérias, como observado por Huszar et al. (2000) em estudos de lagos brasileiros em processo de eutrofização. Os estudos desenvolvidos por esses autores mostraram a dominância de cianoprocariontes em 100% dos lagos do Nordeste e entre 60 e 70% nos lagos no Sudeste.
Estudos recentes sugerem que C. raciborskii ocorre em lagos com pH elevado: entre 8 e 8,7 no lago Balaton, na Hungria (Padisák 1997), > 9 no reservatório Ingazeira, no Nordeste brasileiro (Bouvy 1999). De acordo com Smith (1998) cianobactérias são beneficiadas em ambientes com pH > 8. No entanto, as explicações para a presença das cianobactérias em ambientes com pH elevado ainda não foram suficientemente esclarecidas (Whitton & Potts 2000).
Uma vez que C. raciborskii é uma cianobactéria com heterocito, isso a torna capaz de fixar N2 atmosférico dissolvido na água e seu aparecimento pode ser um indicador da deficiência desse elemento no ambiente (Padisák 1997). Barbosa et al. (1999) observaram um aumento de C. racibosrkii em resposta às menores concentrações de nitrogênio na camada superior do reservatório Nova Avanhandava, no médio Rio Tietê.
Bouvy et al. (2000) encontraram relações negativas entre os níveis de amônia e nitrato e a abundância de Cylindrospermopsis raciborskii. De acordo com Talling (1965) apud Padisák (1997), como em águas tropicais oligotróficas há uma tendência de limitação por nitrogênio, essa deficiência é tida como a maior causa da dominância de cianobactérias, entre as quais C. raciborskii.
Por outro lado, a presença de C. raciborskii em uma série de lagos com diferentes concentrações de fósforo, indicou não haver uma clara relação entre a disponibilidade desse elemento e a presença dessa cianobactéria no ambiente (Padisák, 1997).
Semelhantemente, Bouvy et al. (2000) não encontraram relações entre a abundância desta cianobacteria e a concentração de fósforo total, assim como para a razão N:P. De acordo com Istvánovics et al. (2000) a alta afinidade e capacidade em estocar fósforo tornam C. raciborskii um competidor eficiente em um amplo espectro de ambientes, inclusive naqueles onde ocorre deficiência de fósforo. Além disso, segundo estes
autores, ao contrário das outras espécies, C. raciborskii possivelmente se desenvolve rapidamente quando as concentrações de fósforo estão nos menores níveis, demonstrando elevada eficiência na assimilação desse elemento e, portanto, pode ser um elemento chave para a carga interna de fósforo em lagos rasos, como demonstrado por Padisák (1997).
O fator luz não parece ser limitante para o crescimento de populações de C.
raciborskii que conseguem persistir mesmo quando ocorre um auto-sombreamento (Padisák 1997, Bouvy 1999). No entanto, Huszar et al. (2000) encontraram relações negativas entre Cyanoprocariontes e disponibilidade de luz em diversos lagos brasileiros em processo de eutrofização. Em estudos comparativos nos lagos Dom Helvécio e Carioca, no Brasil, e Steklin na Alemanha, Padisák et al. (2000), demonstraram que C.
raciborskii foi a espécie dominante no lago Dom Helvécio, no período de estratificação térmica (verão de 1999 e 2000) e que esta espécie se mostrou adaptada às baixas intensidades luminosas. No entanto, os fatores que levaram essa espécie a se adaptar a essas baixas intensidades de luz ainda permanecem uma questão a ser investigada.
No Lago Dom Helvécio (Parque Estadual do Rio Doce), alguns estudos já tiveram como foco C. raciborskii. Até o momento a espécie encontrada não apresentou nenhum indício de floração assim como de produção de toxinas (Ribeiro & Barbosa 2002). No entanto, foi demonstrado em estudos in vitro o potencial invasor dessa espécie (Souza 2005). Sendo assim, por não existirem ainda estudos que comprovem todas essas características faz-se necessário estudos mais detalhados sobre a ecologia dessa espécie nesse ambiente.
Particularmente algumas questões ainda necessitavam de esclarecimentos:
1) Qual a participação de C. raciborskii na comunidade fitoplanctônica desse lago?
Ela é uma espécie rara, aparecendo em densidades maiores somente quando ocorrem condições ideais para o seu desenvolvimento, ou é uma espécie comum, tendo participação relevante na comunidade fitoplanctônica durante todo um ciclo hidrológico?
2) Como é a dinâmica populacional dessa espécie dentro de um ciclo hidrológico?
Quando e em que profundidade estão suas maiores densidades?
3) Quais as variáveis que determinam o padrão de flutuação sazonal nesse ambiente (e.g. temperatura, luz, nutrientes, predação pelo zooplâncton)?
4) Qual a importância dessa espécie, não somente para o Rio Doce (onde a princípio não produz toxina), mas também para os ecossistemas aquáticos da região
como um todo? Os lagos externos ao Parque Estadual do Rio Doce estão sendo impactados, principalmente pela substituição da vegetação original por monocultura de eucalipto (Eucalyptus sp.).
5) De que forma esses estudos poderão fornecer subsídios para o controle de florações dessa espécie em ambientes degradados (e.g. lagos externos ao Parque Estadual do Rio Doce)?
Hipóteses de trabalho
• Os principais fatores que regulam as populações de C. raciborskii no lago Dom Helvécio são os relacionados com a estabilidade do sistema, temperatura, regime de luz subaquático e disponibilidade de nutrientes.
• Uma maior biomassa de C. raciborskii ocorre no verão, quando ocorre maior estabilidade nesse ambiente.
• Pode haver uma relação negativa entre as concentrações de nitrogênio e a biomassa de C. raciborskii no lago Dom Helvécio; quando ocorrem condições de limitação por nitrogênio C. raciborskii é favorecida em relação às demais espécies do fitoplâncton.
Objetivo geral
Caracterizar a dinâmica populacional de Cylindrospermopsis raciborskii e sua participação na comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio – Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais.
Objetivos específicos
Determinar a participação de C. raciborskii na comunidade fiotoplanctônica, do lago Dom Helvécio durante um ciclo hidrológico;
Estudar a dinâmica de de C. raciborskii frente às variáveis naturais no seu habitat:
temperatura, luz, nutrientes e predação pelo zoolplâncton;
Testar, em laboratório, a influência das variáveis luz, temperatura e nutriente na população de C. raciborskii.
Área de Estudo
O Parque Estadual do Rio Doce (PERD) está localizado no trecho médio do Vale do Rio Doce, Minas Gerais, entre as coordenadas 19º29’24” e 19º48’18” S e 42º28’18” e 42º38’30” W (Figura 2).
Figura 2. Localização do Parque Estadual do Rio Doce, estado de Minas Gerais, mostrando o sistema de lagos e o lago Dom Helvécio. Adaptado de Godinho (1996).
O Lago Dom Helvécio é um ecossistema oligotrófico, de forma dendrítica, com área superficial de 6,87 km2 e 32,5 m de profundidade, sendo o lago natural mais profundo do Brasil (Barbosa & Padisák, 2002) (figura 3). É um lago monomítico quente, cuja circulação ocorre entre março e agosto (Tundisi & Mussara, 1986). Além disso, variações diurnas são características deste ambiente, destacando-se o papel da atelomixia como principal agente da distribuição das populações fitoplanctônicas (Barbosa & Padisák, 2002).
Figura 3. Vista panorâmica do lago Dom Helvécio, a partir do mirante.
Fotos: Maurício Petrucio.
Referências Bibliográficas
Barbosa, F.A.R., Padisák, J. 2002. The forgotten lakes stratification pattern: atelomixis, and its ecological importance. Verh. Internat. Verein. Limnol 27 (5): 1-11.
Boric, G., Grigorsky, I., Szabó, S., Pasisák, J. 2000. Phytoplankton associations in a small hypertrophic fishpond in East Hungay during a change from bottom-up to top- down control. Hydrobiologia 424: 79-90.
Bouvy, M., Molica, R. De Oliveira, S., Marinho, M., Beker, B. 1999. Dynamic of a toxic cyanobacterial bloom (Cylindrospermopsis raciborskii) in a shallow reservoir in the semi-arid region of northeast Brazil. Aquatic Microbial Ecology 20: 285- 297.
Bouvy, M., Falcão, D., Marinho, M., Pagano, M., Moura, A. 2000. Occurence of Cylindrospermopsis (Cyanobacteria) in 39 Brazilian tropical reservoirs during the 1998 drought. Aquatic Microbial Ecology 23: 13-27.
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Capítulo 1
Influência do clima no regime térmico, na zona
de mistura e na estabilidade da coluna d’água e
seus reflexos na dinâmica química da água e na
densidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio,
Parque Estadual do Rio Doce - MG, Brasil.
Influência do clima no regime térmico, na zona de mistura e na estabilidade da coluna d’água e seus reflexos na dinâmica química da água no lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce - MG, Brasil.
Garcia, F.C. 1 & Barbosa, F.A.R.1,2
1Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre do Instituto de Ciências Biológicas/UFMG (fgarcia@icb.ufmg.br).
2 Departamento de Biologia Geral, Instituto de Ciências Biológicas/UFMG.- Cx. P. 486, 30161-970, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil. (barbosa@icb.ufmg.br)
* Autor para correspondência
Palavras-chaves: influências climáticas; El Niño; regime térmico; zona de mistura;
estabilidade; lago Dom Helvécio; Parque Estadual do Rio Doce
Trabalho submetido à revista Limnologica
Resumo
Foram caracterizados as influências climáticas na estrutura térmica do lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce/MG e seus reflexos na química da água e na densidade do fitoplâncton. Foram utilizados dados de temperatura da água, oxigênio dissolvido, P total N total e densidade do fitoplâncton, obtidos mensalmente entre 2001 e 2004 e semanalmente entre julho/02 e julho/03. Determinou-se a profundidade de mistura, estabilidade da coluna d’água e conteúdo de calor. Os dados climáticos foram obtidos junto ao SIMGE / IGAM, a partir da estação meteorológica da cidade de Ipatinga/MG. A influência do El Niño sobre o clima resultou em um verão com menor precipitação em 2001/02 e um inverno mais quente em 2002. Maiores valores do conteúdo de calor (34.188 cal cm-2) e estabilidade (591 g.cm.cm-2) foram registrados no verão de 2003 e o menor (27.606 cal.cm-2 e 5,2 g.cm.cm-2) no inverno de 2004, com uma relação direta entre temperatura do ar e essas variáveis. A zona de mistura, até 18 m no inverno de 2002 e em toda a coluna d’água no inverno de 2003, também apresentou uma relação direta com a temperatura do ar. No inverno de 2002, devido às maiores concentrações de P total (98 µg.L-1), o lago Dom Helvécio se apresentou mesotrófico/eutrófico, e em 2003, (P total max. de 21 µg.L-1) oligo/mesotrófico. Os resultados indicam a ação direta do clima sobre o regime térmico, conteúdo de calor e estabilidade da coluna d’água do lago Dom Helvécio, influenciando indiretamente a química da água, reforçando a importância do monitoramento climático como ferramenta para estudos ecológicos.
Introdução
O conhecimento de características físicas (padrão de circulação/estratificação da coluna d’água, profundidade da zona de mistura, estabilidade da coluna d’água e conteúdo de calor), juntamente com as características morfométricas é fundamental para o entendimento dos processos biogeoquímicos e ecologia das comunidades presentes em um ecossistema aquático, uma vez que tais características determinam o “caminho”
dos minerais e a dinâmica das comunidades na coluna d’água (Timms, 1975; Hanna, 1990).
A estrutura física do ambiente tem grande influência na seleção das espécies e na distribuição dos organismos na coluna d’água (Barbosa & Padisák, 2002), de tal modo que mudanças na temperatura de lagos causam modificações quali e quantitativas nas comunidades como demonstrado por Henry (1993) e Barbosa & Padisák (2002). Além disto, a estratificação térmica da coluna d’água, reflexo de variações na temperatura e densidade, influencia quase todos os eventos físicos e químicos em um lago, seu metabolismo e a produtividade geral do sistema (Lopes & Bicudo, 2001).
A estabilidade, aliada à temperatura, influencia diretamente a dinâmica de espécies fitoplanctônicas, principalmente as cianobactérias (Padisák, 1997), sendo que na maioria dos lagos tropicais as maiores populações são registradas em períodos de estratificação térmica (verão), quando picos de crescimento são observados no metalimnio (Barbosa & Padisák, 2002). Além da importância para a biota, o comportamento das variáveis físicas pode explicar as respostas dos habitats aquáticos às mudanças climáticas globais dirigidas por eventos climáticos de larga escala tais como o El Niño e La Niña (Snucins & Gunn, 2000).
As características físicas de um lago dependem tanto de sua morfometria (componente passivo) quanto de eventos climáticos - componente ativo (Timms, 1975).
Aspectos físicos e químicos diversos têm sido estudados em distintos ambientes temperados (Hanna, 1990; Chapman et al., 1998; Snucins & Gunn, 2000) e tropicais (Tundisi & Musarra, 1986; Henry & Barbosa, 1989; Henry, 1993; Henry et al., 1997), e seus resultados têm permitido o entendimento dos processos e interações em andamento nestes sistemas. No entanto, muitos trabalhos foram desenvolvidos através de amostragens realizadas duas vezes no ano (inverno e verão) ou no máximo mensalmente, demonstrando principalmente a ação da sazonalidade; uma vez que em
regiões tropicais as diferenças entre inverno e verão não são tão marcantes como em regiões temperadas (Lewis 1987), um intervalo de amostragem menor proporcionaria informações mais detalhadas sobre os efeitos de variações climáticas na estrutura física dos ambientes aquáticos, sendo essa a proposta deste trabalho, realizado a partir de amostragens semanais, durante um ciclo hidrológico completo.
O lago Dom Helvécio já foi investigado quanto às suas características físicas (e.g.
Henry & Barbosa, 1989) e atualmente é objeto de estudos focalizando a influência climática nos ciclos biogeoquímicos e sobre algumas comunidades biológicas, a partir da disponibilização dos dados climáticos pelo Sistema de Meteorologia e Recursos Hídricos (SIMGE) do Instituto de Gestão das Águas do estado de Minas Gerais (IGAM).
A hipótese deste estudo é que variáveis climáticas agem diretamente sobre variáveis físicas, particularmente o conteúdo de calor, estabilidade da coluna d’água e zona de mistura, afetando indiretamente a dinâmica de nutrientes bem como a composição e estrutura da comunidade fitoplanctônica. Para testá-la o estudo teve como objetivo caracterizar as influências climáticas na estrutura térmica do lago Dom Helvécio e seus reflexos na química da água e na densidade do fitoplâncton.
Material e métodos
O Parque Estadual do Rio Doce – PERD (19º29’24”–19º48’18”S; 42º28’18”–
42º38’30” W) constitui o maior remanescente de Mata Atlântica no estado de Minas Gerais (36.000 ha). Seu entorno abriga considerável número de atividades destacando- se mineração, monocultura de eucalipto e siderurgia. O clima da região é tropical semi- úmido com 4-5 meses de seca e está sob influência das massas de ar Tropical Atlântica, Continental Equatorial e Atlântica Polar (Nimer, 1989).
Fazendo parte do sistema lacustre do médio Rio Doce o lago Dom Helvécio, ambiente monomítico-quente e atelomítico (Barbosa & Padisák, 2002), destaca-se como seu maior lago (687,2 ha) e o mais profundo lago natural brasileiro (32,5 m) (Tundisi &
Mussara, 1986).
Para este trabalho foram utilizados dados obtidos pelo Programa de Pesquisas Ecológicas de Longa Duração - PELD/UFMG entre os anos 2001 e 2004 (Relatórios PELD/UFMG, 2002, 2004 e 2005), sendo copilados dados mensais de temperatura da
água, concentrações de fósforo total (PT) e nitrogênio total (NT), determinados de cardo com Mackereth et al. (1978). Os nutrientes foram amostrados em 4 profundidades (100%, 10% e 1% da luz incidente na superfície e na zona afótica). Além disto, amostragens semanais foram realizadas entre julho de 2002 e julho de 2003 em uma estação fixa da zona limnética, sendo considerados os perfis de temperatura e oxigênio dissolvido (OD), através de um multianalisador Horiba (U-22).
Os valores da profundidade de mistura (Zmix) foram obtidos através dos perfis de temperatura, considerando uma variação igual ou maior a 0,3 ºC (Henry et al., 1989), além dos valores de condutividade elétrica na camada mais profunda (Mitamura &
Hino, 1985). Foram considerados os dados batimétricos obtidos por Tundisi & Mussara (1986), a cada 5 m, a partir dos quais foi feita uma interpolação para cada 2,5 m. Os cálculos da estabilidade da coluna d’água foram feitos a partir dos perfis de temperatura da coluna d’água, como descrito em Idso (1973) e os valores de densidade da água obtidos a partir das tabelas de densidade de Hutchinson (1957). O conteúdo de calor foi estimado também a partir dos perfis de temperatura da água, deteminados segundo Hutchinson (1957) e Cole (1983).
Os dados climáticos foram obtidos junto ao SIMGE / IGAM, a partir da estação meteorológica localizada na cidade de Ipatinga/MG, c. 20 km em linha reta do lago Dom Helvécio.
Para avaliar as relações entre as variáveis climáticas e físicas da coluna d’água, assim com as relações entre as variáveis físicas e químicas da coluna d’água, foram feitas Análise de Correlação de Spearman, uma vez que os dados não se enquadraram em uma curva de distribuição normal, a mesma sendo feita de acordo com Zar (1974).
Resultados
Entre os anos de 2001 e 2004 a menor temperatura média mensal do ar foi de 20 ºC (inverno 2001) e a maior 28ºC (verão 2003). A influência direta do El Niño sobre o clima da região resultou em um verão com menores precipitações (2001/02) e um inverno mais quente (2002). Este período contrasta com aquele do verão de 2002/03, onde foram registradas maiores precipitações e também com o inverno de 2003, quando foram registradas as menores temperaturas.
A velocidade média mensal do vento variou entre 1,4 e 2,5 m.s-1 (classificada como brisa pela escala anemométrica de Beaufort) e foi maior durante os períodos de maior precipitação. A radiação solar média mensal variou entre 2,7 e 5,5 cal.cm-2, sendo os maiores valores registrados nos anos de maiores temperaturas (1999, 2001 e 2003).
A figura 1.1 mostra a variação da temperatura do ar, da estabilidade da coluna d’água e do conteúdo de calor entre os anos de 2001 a 2004. É evidente uma relação direta entre temperatura do ar e o conteúdo de calor (r = 0,78; p < 0,0001; n = 44), temperatura do ar e estabilidade da coluna d’água (r = 0,79; p < 0,0001; n = 44). Os maiores valores do conteúdo de calor (34.188 cal cm-2) e estabilidade (591g.cm.cm-2) foram registrados em março e fevereiro de 2003, respectivamente e os menores (27.606 cal.cm-2 e 5,2g.cm.cm-2) em julho de 2002 e julho de 2004, respectivamente. No inverno de 2002 o conteúdo de calor foi superior a 29.000 cal.cm-2, evidenciando uma clara influência do El Niño. Os valores máximos registrados neste estudo são superiores àqueles registrados por Henry & Barbosa (1989), a saber: conteúdo de calor (30.050 cal.cm-2) e estabilidade da coluna d’água (335 g.cm.cm-2).
Anos/meses
Temperatura do ar (ºC)
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Conteúdo de calor (cal cm-2 )
27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000
Estabilidade (g cm cm-2 )
0 100 200 300 400 500 600
2001 2002 2003 2004
Figura 1.1 Variações anuais da temperatura média do ar na região do Médio Rio Doce, da estabilidade da coluna d’água e do conteúdo de calor no lago Dom Helvécio.
Correlação de Spearman: temperatura e conteúdo de calor: r = 0,78; p < 0,0001; n = 44;
temperatura e estabilidade: r = 0,79; p < 0,0001; n = 44.
A temperatura do ar, a estabilidade da coluna d’água e a profundidade da zona de mistura no lago Dom Helvécio, em intervalos semanais, entre julho de 2002 e julho de 2003 são mostradas na figura 1.2. No inverno de 2002 a zona de mistura chegou a 18 m e em 2003 se distribuiu em toda coluna d’água no fim de julho, quando o lago estava com 28 m de profundidade. No inverno de 2003 foram registradas menores temperaturas que aquelas de 2002, tendo sido encontrada uma relação direta entre temperatura e profundidade da zona de mistura (r = -0,77; p < 0,001; n = 36). Os maiores valores de estabilidade da coluna d´água foram registrados em março de 2003 (699g.cm.cm-2) e os menores nos períodos de inverno, principalmente em 2003 (6,29g.cm.cm-2), refletindo as menores temperaturas nesses períodos como demonstrado pela regressão linear (r = 0,35; p = 0,038; n = 36).
Meses
Temperatura do ar (ºC)
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Zona de mistura (m)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Estabilidade (g cm cm-2 )
0 100 200 300 400 500 600 700
J A S O N D J F M A M J J
Figura 1.2. Variação anual da temperatura do ar na região do Médio Rio Doce, da profundidade da zona de mistura e da estabilidade da coluna d’água do lago Dom Helvécio, entre julho de 2002 e 2003. Correlação de Spearman: temperatura e zona de mistura: r = -0,77; p < 0,001; n = 36; temperatura e estabilidade: r = 0,35; p = 0,038; n = 36.
Os diagramas profundidade/tempo para a temperatura da água (figura 1.3A) e oxigênio dissolvido (figura 1.3B), entre julho de 2002 e julho de 2003 mostram que os
valores de temperatura oscilaram entre 32 ºC e 24 ºC e a concentração de oxigênio dissolvido entre c.10 mg.L-1 na sub-superfície e zero, no hipolímnio, em todo período.
2002 2003 Temperatura (ºC)
24
25 26
24
27 28
29
29 29 29 30
31
24 32 30
24 25
30 35 3433 3231 30
30 28
28 28 29 29
25
Anos/meses
A S O N D J F M A M J J A
Profundidade (m)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
A
Oxigênio dissolvido (mg L-1)
3 3
3 43
5 5
5 6
6
2
2
2
4 4
4 4
1
1 1 1 6
6
1
1 7
8 9
1 1
1
6
6 6 6 7 5
6 7 7
7
Anos/meses
A S O N D J F M A M J J A
Profundidade (m)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
2002 2003
B
Figura 1.3. Diagramas profundidade/tempo para a temperatura da água (A) e concentração de oxigênio dissolvido (B), no lago Dom Helvécio, entre julho de 2002 e agosto de 2003.
A variação mensal na profundidade da zona de mistura e as concentrações de P total e N total (média geométrica) para os anos de 2002 e 2003 são mostradas na figura 1.4. No inverno de 2002, apesar da zona de mistura não atingir toda a coluna d’água, foram observadas as maiores concentrações de PT(98 µg.L-1) e de NT (714 µg.L-1). Neste período, o lago Dom Helvécio pode ser classificado como mesotrófico/eutrófico (Salas e Martino, 1990). No inverno de 2003 verificou-se aumento nas concentrações de N total
(max. 657 µg.L-1) o mesmo contudo não sendo observado para o P total (max. 21 µg.L-1) e o lago pode ser classificado como oligo/mesotrófico.
Anos/meses
J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D
Zona de mistura (m)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Fósforo total (µg L-1 )
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Nitrogênio total (µg L-1 )
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
2002 2003
Oligotrophic Mesotrophic Eutrophic
Figura 1.4. Variação mensal na profundidade da zona de mistura e nas concentrações de fósforo e nitrogênio total, no lago Dom Helvécio. A linha tracejada mostra o limite entre os estados tróficos oligotrófico, mesotrófico e eutrófico, a partir das concentrações de fósforo total (Salas & Martino, 1990).
Discussão
A sazonalidade climática observada na região do médio Rio Doce no período 1998 a 2004 é típica para regiões tropicais, com verões quentes e chuvosos, elevada incidência solar e ventos ocorrendo principalmente nos meses de maiores precipitações em
oposição às baixas temperaturas, precipitação, ventos e radiação solar dos períodos de inverno. A ocorrência do fenômeno climático El Niño em 2002 foi inicialmente detectada em janeiro, e teve seu ápice em julho, quando do registro de maiores temperaturas das águas superficiais no oceano Pacífico (Kerr, 2002). Na região do médio Rio Doce sua influência pôde ser evidenciada através das menores precipitações no verão de 2001/2002 e as maiores temperaturas registradas no inverno de 2002. Ao contrário, em 2002/2003, quando o El Niño perdeu força, foram registradas elevadas precipitações no verão e baixas temperaturas no inverno de 2003.
Os efeitos do clima no regime térmico do lago Dom Helvécio ficaram evidentes nas relações diretas entre temperatura do ar, conteúdo de calor e estabilidade da coluna d’água. Segundo Tundisi et al. (1981) a estabilidade do lago Dom Helvécio é explicada pela sua morfometria, sua elevada profundidade e forma dendrítica que tornam a mistura vertical e circulação menos efetivas (Tundisi & Musara, 1986). No entanto, os resultados obtidos neste estudo demonstram que, além do fator morfométrico, as condições e variações no clima são importantes na determinação do regime térmico do lago Dom Helvécio, evidente pelas respostas físicas às variações climáticas anuais e ao El Niño.
Segundo Ambrosetti & Barbanti (2001), a estrutura térmica de um corpo d’água é o que primeiro responde às condições externas, como processos hídricos e meteorológicos. Nos anos de 2002 e 2003, pelas características climáticas distintas, foram observadas duas situações distintas no lago Dom Helvécio: i) no inverno de 2002, quando da influência do El Niño e ocorrência de um inverno com altas temperaturas, o lago não perdeu calor suficiente, mantendo gradientes de temperatura e consequentemente não promovendo a circulação da coluna d’água; ii) em 2003, ano em que o El Niño perdeu forças e o inverno exibiu baixas temperaturas, verificou-se uma maior perda de calor a partir do lago, diminuindo sua estabilidade com conseqüente mistura completa da coluna d’água.
Uma das características do lago Dom Helvécio é a existência de uma mistura incompleta da coluna d’água no período de inverno (Henry e Barbosa, 1989); esta se desenvolve gradativamente do final de março a junho, devido mais ao resfriamento da superfície do que à ação do vento (Tundisi et al., 1981). A evolução desta característica foi recentemente demonstrada através da caracterização do padrão de atelomixia parcial no período de verão e total no inverno por Barbosa & Padisák (2002) para os lagos
Carioca e Dom Helvécio. Além disto, segundo Henry (1993), a mistura da coluna d’água ocorre quando não existem gradientes de densidade no lago e a estabilidade da estratificação é baixa ou mesmo zero. Segundo Wetzel (2001), a perda de calor em lagos tropicais é muito pequena, comparado com lagos de regiões temperadas e lagos de altitudes. Os resultados obtidos no presente estudo sugerem que, para o lago Dom Helvécio, além dessas características descritas acima, o efeito do El Niño provavelmente reforçou essa condição.
Não foram encontradas relações diretas com o vento, possivelmente devido à predominância de ventos fracos que ocorrem na região (< 2,5 m.s-1) e que exercem ação insignificante nos lagos, conforme sugerido anteriormente (Henry & Barbosa,1989).
Além disto, a localização do lago em uma depressão interplanáltica (Tundisi and Musara, 1986) e a proteção pela vegetação marginal (Henry, 1993) minimizam a ação do vento na mistura da coluna d’água.
Como reflexo do padrão de circulação e estratificação observados nos anos de 2002 e 2003, a coluna d’água apresentou estratificação na concentração de oxigênio dissolvido na maior parte deste período, com elevadas concentrações no epilímno e condições de anoxia no hipolímnio desde setembro de 2002 até junho de 2003. Já nos períodos de circulação, apesar das menores concentrações, a coluna d’água apresentou uma maior homogeneidade na distribuição vertical das concentrações de oxigênio dissolvido.
No inverno de 2002, o lago Dom Helvécio, a julgar pelas elevadas concentrações de fósforo total e assumindo-se o modelo proposto por Salas & Martino (1991) pode ser caracterizado como eutrófico. Em 2003, quando o El Niño já tinha perdido forças, houve mais chuvas no verão e as temperaturas foram menores no inverno, o que permitiu maior oxigenação e uma circulação completa da coluna d’água. Em conseqüência, o hipolímnio mais oxidado reteve mais fósforo, resultando na baixa densidade do fitoplâncton no epilímnio e exibindo características oligo/mesotróficas.
Tais resultados confirmam a hipótese de que o clima, principalmente a temperatura do ar, age diretamente sobre o regime térmico, conteúdo de calor e estabilidade da coluna d’água do lago Dom Helvécio, influenciando indiretamente a química da água.
Além disto, mostram também que a temperatura do ar, uma variável climática de amplitude regional, tem influência direta sob os aspectos físicos locais. Finalmente, vale salientar que estes resultados reforçam a importância do monitoramento climático como
ferramenta para estudos ecológicos, uma vez que fenômenos climáticos (ex. El Niño, aquecimento global) podem provocar mudanças profundas nas características físicas e químicas, com possíveis conseqüências para os processos biogeoquímicos e a estruturação das comunidades aquáticas.
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Capítulo 2
Dinâmica populacional e participação de Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska)
Seenayya et Subba Raju (Cyanophyceae,
Nostocalle) na comunidade fitoplanctônica do
lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce
– MG, Sudeste do Brasil.
Dinâmica populacional e participação de Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (Cyanophyceae, Nostocalle) na comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce – MG, Sudeste do Brasil.
Garcia, F.C., Barbosa, F.A.R., Barros C.F.A.
Resumo
O objetivo deste trabalho foi caracterizar a dinâmica populacional de Cylindrospermopsis raciborskii e sua participação na comunidade fitoplanctônica do Lago Dom Helvécio, Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais. Foram realizados, entre julho 2002 a julho 2003, em uma estação fixa da zona limnética, perfis de temperatura, pH e condutividade, assim como amostragens para análise do fitoplâncton e zooplâncton. Foram determinadas a profundidade da zona de mistura e a estabilidade da coluna d’água. O ciclo foi dividido em períodos estratificados e desestratificados, com fases de transições entre estes. Com exceção do pH, todas as variáveis físicas (maiores no período estratificado) e químicas (maiores no período desestratificado) mostraram diferenças significativas entre os períodos. A comunidade fitoplanctônica foi composta por 119 espécies. A biomassa total do fitoplâncton foi significativamente maior no período de estratificação térmica, com os valores máximos registrados em janeiro de 2003. Dinophyceae, Zygnemaphyceae e Cyanophyceae foram as Classes dominantes ao longo do período estudado, enquanto Peridinium pusilum, Cosmarium contractum e Limnothrix sp foram as espécies dominantes. A temperatura da água, estabilidade da coluna d’água, extensão da zona de mistura e concentração de nitrato foram as variáveis que mais influenciaram a comunidade fitoplanctônica do lago Dom Helvécio. C. raciborskii contribui para a biomassa com um máximo de 5,5% e, durante o período de estratificação, contribuiu com 74,5 % na biomassa da Classe Cyanophyceae. A biomassa de C. raciborskii foi significativamente maior no período de estratificação (máx de 0,81mg.L-1) que no desestratificado (máx de 0,18 mg.L-1), com diferença significativas entre períodos mas sem diferenças entre as profundidades.
Filamentos heterocitados foram registrados quase que exclusivamente no período de estratificação (45,7%) e não foi registrada a presença de acinetos. A biomassa de C.
raciborskii correlacionou positivamente com temperatura, estabilidade da coluna d’água
e fósforo solúvel reativo, e negativas com nitrato, amônia, razão DIN:DIP, Zeu e razão Zeu/Zmix, todas no período estratificado. Também foram encontradas correlações negativas entre a biomassa de C. raciborskii com heterocito e as concentrações de amônia. As características físicas e químicas distintas observadas entre os anos de 2002 e 2003, possivelmente, são reflexos das variações climáticas e têm efeito direto na comunidade fitoplanctônica. O padrão monomítico quente parece promover um forte impacto negativo na população de C. raciborskii que, devido à forte resistência a condições, adversas consegue se manter no lago Dom Helvécio.
