Desenvolvimento de um sistema semi-automático para coleta e fracionamento do plâncton,...

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João Durval Arantes Junior

Desenvolvimento de um sistema semi-automático para coleta e

fracionamento do plâncton, medição de variáveis físicas e

químicas da água e determinação do espectro de tamanho e

biomassa do zooplâncton.

Dissertação apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos da

Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para obtenção do título de mestre em Ciência da Engenharia Ambiental.

Orientadera: Profa_{. Dr}a_{. Odete Rocha}

São Carlos - SP

(2)

(3)

1.1.2

Agradecimentos

À Prefa. Odete, que cem talente e cempetência me erienteu e me deu

muitas lições de vida.

Ae Rui, técnice da Engenharia Elétrica, que cem destreza ajudeu a

cenfeccienar as peças que feram utilizadas ne fracienamente de plâncten.

Aes técnices e funcienáries da UFSCar, principalmente, ae Airten e

Valdecir, per tede e apeie durante e desenvelvimente da pesquisa.

À CAPES, pela belsa de estudes cencedida.

Ae pesseal de CRHEA, principalmente ae Pref. Evalde.

Aes amiges Dani, Brucha, Denate, Regérie, Magne, Carel, Claudie, Bispe,

Caie, Cendi, Filé, Guilherme, Daniel, seus cônjuges e tedes es eutres que nãe

feram citades, mas que estãe ne meu ceraçãe.

Ae meu Pai e minha Mãe, per tude.

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“Pertante, e que é vida?

A vida é a transmutaçãe da luz selar. É a energia e matéria selares, transfermadas ne fege verde des seres que realizam a fetessíntese. É a

seduçãe natural das fleres. É e caler de tigre espreitande na selva na calada da neite.

...

As predigiesas pradarias, as altivas flerestas e es jardins exuberantes nãe sãe um mere pane de funde para nessas maquinações inteligentes. Ae centrárie, as plantas fernecem e sustente e a energia de que depende, de maneira

inalterável, nessa espécie simiesca. À medida que a vida vai transmudande e fege selar em tedes es cicles materiais e energétices da biesfera, rendemes hemenagem à engenhesa ascensãe das plantas vivas”

Lynn Margulis e Dorian Sagan

em, O que é vida?

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Resumo

ARANTES JUNIOR, J.D. Desenvolvimento de um sistema semi-automático

para coleta e fracionamento do plâncton, medição de variáveis físicas e

químicas da água e determinação do espectro de tamanho e biomassa do

zooplâncton. 2006. 90 p. Dissertaçãe (mestrade). Orientadera: Prefa_{. Dr}a

.

_Odete

Recha. Escela de Engenharia de Sãe Carles, Universidade de Sãe Paule, Sãe Carles, 2006.

Um des principais preblemas relacienades aes estudes limnelógices realizades

manualmente em laberatórie censiste ne grande esferçe, tempe de análise e trabalhe

especializade necessárie. Esses fateres limitam a quantidade de amestras pessíveis

de serem analisadas em um determinade estude, já que recurses sejam eles reagentes,

recurses financeires eu tempe sãe limitades. Ne presente trabalhe fei utilizade um

sistema semi-autematizade de medidas de variáveis físicas e químicas da água. O

sistema é cempeste per uma senda multi-parâmetre (Heriba U-22) e um sistema de

pesicienamente glebal (GPS) aceplades a um micre-cemputader, que realizam medidas

geereferenciadas em curtes intervales de tempe, permitinde um rastreamente herizental

das características da água. Fei ainda desenvelvide um sistema semi-autemátice para

celeta fracienada da cemunidade planctônica per meie de bemba de sucçãe eperada

per bateria e filtre celeter cem rede de plâncten de diferentes aberturas de malha. O

material celetade fei fetegrafade per meie de sistema de aquisiçãe digital de imagens

(micrescópie Zeiss equipade cem câmera AxienCan). Neste trabalhe fei preduzide um

seftware (Planktenscan) que a partir da análise das imagens capturadas permite

preduzir dades cem estimativas das medidas e dimensões des erganismes, calcular

bievelumes e, utilizande fateres de cenversãe, estimar es valeres de biemassa. O

seftware apresenta uma interface para identificaçãe, calcula a densidade des

erganismes e preduz relatórie gráfice cem infermações sebre es erganismes individuais

e sebre a cemunidade. Os equipamentes e e seftware feram testades em análises

limnelógicas e amestragem de plâncten ne reservatórie de Menjelinhe, Sãe Carles, SP,

em dezembre de 2005. Os resultades ebtides feram cemparades cem es dispeníveis na

literatura e demenstraram a aplicabilidade de sistema.

Palavras-chave: plâncton; biomassa zooplanctônica; amostragem

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ARANTES JUNIOR, J.D. Development of semi-automatic system for sampling and fractioning of plankton, measurement of chemical and

physical variables of water, and determination of the size spectra and

biomass of plankton. 2006. 90 p. Dissertatien (Master). Orient.: Prefa_{. Dr}a

.

Odete Recha. Escela de Engenharia de Sãe Carles da Universidade de Sãe Paule, Sãe Carles, 2006.

A majer preblem asseciated with the study ef planktenic cemmunities lies en the

difficulties ef analyzing the cellected material, a leng time-censuming precedure.

Biemass determinatien is alse a step requiring great effert and is subjected te large

errers. In the present werk a semi-autemated system fer measuring physical and

chemical variables in the water was develeped. The system is made up by a flew-pump,

a multi-parameter prebe and a glebal pesitiening system ceupled te a micrecemputer

that perferms measurements at shert time intervals, allewing a herizental tracking ef the

water quality, in much sherter times than traditienal metheds. Anether semi-autemated

device was develeped fer cellecting separate plankten size fractiens. It uses a battery

eperating suctien-pump ceupled te a filter with different mesh nets. The cellected

materials are then submitted te image cemputer acquisitien (Axien Visien Zeiss

System). Additienally, in this study a seftware was preduced (Planktenscan), that taking

the measures ef individuals dimensiens (length, width and height) calculates bievelume

and using cenversien facters calculate the biemass fer each zeeplankten erganism

identified in the sample. Beth systems were tested, regarding the measurement ef

limnelegical variables and plankten sampling, in the Menjelinhe Reserveir, SP. The

perfermance was geed, resulting in a larger number ef peints sampled (60) in a sherter

sampling time (1 heur) than these usually required. The biemass results previded by

Planktenscan seftware were cempared te data frem literature, ebtained by the traditienal

gravimetric methed fer dry weight determinatien and alse with data generated frem the

use ef mathematical medels (length dry-weight regressiens) available. The results were

expressed as species pepulatien densities, biemasses and size spectra, evidencing the

applicability ef the medels here develeped.

Key-words: Plankton; Zooplankton biomass; Semi-automated sampling; Limnological monitoring; Size-spectra.

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2 INTRODUÇÃO ... 11

2.1 Problemas relacionados aos estudos limnológicos ... 11

2.2 O espectro de tamanho como um indicador do ecossistema ... 15

2.3 O Monitoramento das características físicas e químicas da água ... 20

3 OBJETIVOS ... 26

4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 27

4.1 Local de estudo: Reservatório do Monjolinho ... 28

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 29

5.1 Desenvolvimento de um sistema semi-automático para o mapeamento das variáveis físicas e químicas ... 29

5.2 Desenvolvimento do sistema semi-automático para coleta e fracionamento do plâncton ... 41

5.3 Desenvolvimento do software “Planktonscan” de análise de imagem ... 49

6 CONCLUSÕES ... 65

7 BIBLIOGRAFIA ... 67

8 ANEXOS ... 71

8.1 Anexo A –Tabela com os resultados físicos e químicos indicando a posição geográfica, na represa do Monjolinho, campus da Universidade Federal de São Carlos, SP, a partir de medições semi-automáticas da Sonda multi-parâmetro Modelo U22 da Horiba (Water Quality Checker) ... 71

8.2 Anexo B – Relatório emitido pelo software Planktonscan com os organismos presentes na amostra coletada na Represa do Monjolinho e pertencentes à fração > 300μ. Imagens seqüenciais mostrando os organismos detectados na amostra, a Projeção tridimensional do volume calculado pelo programa computacional e o recorte do organismo selecionado com a escala correspondente a 100 µ. ... 72

8.3 Anexo C – Principais Sub-rotinas utilizadas pelo software Planktonscan para o cálculo das características do zooplâncton ... 105

(8)

TABELA 2- VARIÁVEIS E RESPECTIVAS FAIXAS DE RESOLUÇÃO DAS MEDIDAS REALIZADAS PELO SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO DE

MONITORAMENTO DE VARIÁVEIS FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA...32

TABELA 3- RESULTADOS EXPORTADOS AUTOMATICAMENTE NO FORMATO TABELA PELO SOFTWARE DE ANÁLISE DE IMAGEM DO ZOOPLÂNCTON DESENVOLVIDO NO PRESENTE ESTUDO

(PLANKTONSCAN), COM AS MEDIDAS E OS VALORES CALCULADOS DE BIOMASSA. BIOM = VALORES DE BIOMASSA CALCULADOS

CONSIDERANDO-SE O FATOR DE CONVERSÃO DE 10%. (B) =VALORES DE BIOMASSA CALCULADOS A PARTIR DAS REGRESSÕES DE

BOTTRELL, 1976; (C)= VALORES DE BIOMASSA CALCULADOS A PARTIR DAS REGRESSÕES DE CULVER, 1985. ...56

Índice de figuras

FIGURA 1-DIFERENTES TIPOS DE REDES E DE AMOSTRADORES UTILIZADOS PARA A COLETA DE PLÂNCTON. A) REDE DE HENSEN SIMPLES; A—PARA ARRASTO VERTICAL; A1— ADAPTADA PARA ARRASTO HORIZONTAL; (B) REDE DE WISCONSIN (BIRGE) COM CONE TRUNCADO PARA AUMENTAR EFICIÊNCIA DE FILTRAÇÃO ; (C) BONGO ,PODE SER ADAPTADA A UM MEDIDOR DE FLUXO E MECANISMOS DE ABERTURA E FECHAMENTO (D) REDE DE WISCONSIN NET COM

MENSAGEIRO PARA ABERTURA E FECHAMENTO DAS REDES, D— ABERTA, D1—FECHADA (E) REDE DE QUEDA LIVRE , E—ABERTA, E1— FECHADA. MODIFICADO DE APHA (1998)...14

FIGURA 2 – IMAGEM AÉREA DA REPRESA DO MONJOLINHO. FONTE: LABORATÓRIO DE AVALIAÇÃO E PLANEJAMENTO AMBIENTAL ( LAPA – UFSCAR). À DIREITA IMAGEM DE SATÉLITE DA REPRESA (DIGITAL GLOBE) OBTIDA PELO SOFTWARE GOOGLE EARTH...28

FIGURA 3- SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO DE RASTREAMENTO

HORIZONTAL DE VARIÁVEIS FÍSICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA. À DIREITA, COMPUTADOR MOSTRANDO AS IMAGENS DE SATÉLITE

GEORREFERENCIADAS E OS DADOS DE QUALIDADE DE ÁGUA SIMULTANEAMENTE. À ESQUERDA SONDA MULTIPARÂMETRO

EQUIPADA COM CÉLULA DE FLUXO...30

FIGURA 4- VISTA GERAL DO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS) E SONDA MULTIPARÂMETRO HORIBA U-22 ACOPLADOS AO COMPUTADOR LAP-TOP PARA REGISTRO GEOREFERNCIADO DAS

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FIGURA 5 - MAPA MOSTRANDO A REPRESA DO MONJOLINHO, CAMPUS DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, SÃO CARLOS, SP, E O REGISTRO SEMI-AUTOMÁTICO, POR MEIO DE GPS, DO PERCURSO E DOS PONTOS PRÉ-ESTABELECIDOS, ONDE FORAM REALIZADAS AS MEDIÇÕES SEMI-AUTOMÁTICAS DE VARIÁVEIS FÍSICAS E QUÍMICAS E AS COLETAS SEMI-AUTOMÁTICAS DE PLÂNCTON...36

FIGURA 6- DISTRIBUIÇÃO HORIZONTAL DA TEMPERATURA DA ÁGUA NA REPRESA DO MONJOLINHO, CAMPUS DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, SP, A PARTIR DE MEDIÇÕES SEMI-AUTOMÁTICAS DA SONDA MULTI-PARÂMETRO MODELO U22 DA HORIBA (WATER QUALITY CHECKER) ...37

FIGURA 7- DISTRIBUIÇÃO HORIZONTAL DO PH NA REPRESA DO

MONJOLINHO, CAMPUS DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, SP, A PARTIR DE MEDIÇÕES SEMI-AUTOMÁTICAS DA SONDA MULTI-PARÂMETRO MODELO U22 DA HORIBA (WATER QUALITY CHECKER) ...38

FIGURA 8- DISTRIBUIÇÃO HORIZONTAL DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DA ÁGUA (ΜSCM-1) NA REPRESA DO MONJOLINHO, CAMPUS DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, SP, A PARTIR DE MEDIÇÕES SEMI-AUTOMÁTICAS DA SONDA MULTI-PARÂMETRO MODELO U22 DA HORIBA (WATER QUALITY CHECKER)...39

FIGURA 9- A) DISTRIBUIÇÃO HORIZONTAL DO POTENCIAL REDOX (MV) E B) OXIGÊNIO DISSOLVIDO (MG/L) , NA REPRESA DO MONJOLINHO, CAMPUS DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, SP, A PARTIR DE MEDIÇÕES SEMI-AUTOMÁTICAS DA SONDA MULTI-PARÂMETRO MODELO U22 DA HORIBA (WATER QUALITY CHECKER)...40

FIGURA 10 – MALHAS UTILIZADAS PARA A CONFECÇÃO DO SISTEMA DE COLETA FRACIONADA. À DIREITA MALHA DE 300 ΜM E À ESQUERDA MALHA DE 30ΜM. OBSERVA-SE A REGULARIDADE DAS ABERTURAS DA MALHA...42

FIGURA 11 – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO PARA COLETA FRACIONADA DO PLÂNCTON. A)

HIDRÔMETRO INDICANDO O VOLUME FILTRADO. B) REDE . C) SUPORTE SEGURANDO O COPO DE ACRÍLICO NA PARTE INFERIOR E ENCAIXE DA REDE NA PARTE SUPERIOR...44

(10)

HIDRÔMETRO ESTEJA PRONTO PARA A LEITURA. B) SISTEMA EM FUNCIONAMENTO COM A FILTRAÇÃO SENDO REALIZADA. C) COPO DE ACRÍLICO DESENCAIXADO DO SISTEMA CONTENDO A AMOSTRA ENTRE 300 ΜM E 30 ΜM. D) PROVETA INDICANDO O VOLUME DA AMOSTRA. E) REDES NA LATERAL DIREITA, HIDRÔMETRO , BATERIA NO CENTRO E SUPORTE DA BOMBA DE SUCÇÃO NO CENTRO. F) TÉCNICO OPERANDO A BOMBA DE SUCÇÃO INTEGRANDO A AMOSTRA DA SUPERFÍCIE ATÉ 1M DE PROFUNDIDADE...46

FIGURA 13-NÚMERO DE INDIVÍDUOS POR CLASSE DE TAMANHO

ENUMERADOS E MEDIDOS EM SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS, EM AMOSTRA DE ZOOPLÂNCTON ORIUNDA DA REPRESA DO MONJOLINHO, SÃO CARLOS, SP. ...48

FIGURA 14- CALIBRAÇÃO DA CAPTURA DE IMAGEM (1300 X 1030

PONTOS) A PARTIR DA RÉGUA MICROMETRADA ...50

FIGURA 15- IMAGEM DE UMA FÊMEA DO COPEPODA CYCLOPOIDA METACYCLOPS SP OBTIDA COM O SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE

IMAGENS, EM AUMENTO DE 50 VEZES. (OS RETÍCULOS DA CÂMARA DE SEDGEWICK-RAFTER APARECEM AO FUNDO)...53

FIGURA 16-IMAGEM AMPLIADA COM ESCALA PROPORCIONAL CRIADA PELO SOFTWARE PLANKTONSCAN PARA O COPEPODA CYCLOPOIDA TROPOCYCLOPS SP. ...54

FIGURA 17-IMAGEM AMPLIADA COM ESCALA PROPORCIONAL CRIADA PELO SOFTWARE PLANKTONSCAN PARA O COPEPODA CYCLOPOIDA TROPOCYCLOPS SP. ...54

FIGURA 18- PROJEÇÃO TRIDIMENSIONAL DO VOLUME CALCULADO PELO SOFTWARE E A SER CONSIDERADO NO CÁLCULO DE BIOMASSA DOS ORGANISMOS...55

FIGURA 19- IMAGENS ADQUIRIDAS COM O SISTEMA DE AQUISIÇAÕ DE IMAGENS AXION VISION PARA OS ORGANISMOS PRESENTES NA

AMOSTRA COLETADA NA REPRESA DO MONJOLINHO E PERTENCENTES À FRAÇÃO > 300Μ. OS NÚMEROS INDICAM A LEGENDA CONTIDA NA TABELA 2 PARA SER CONSULTADA NA TABELA...58

FIGURA 20– ESPECTRO DE TAMANHO (EM BIOMASSA) PARA 30

ORGANISMOS SELECIONADOS ALEATORIAMENTE (SUBAMOSTRA) DO ZOOPLÂNCTON COLETADO EM SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO DE

(11)

VALORES DE BIOMASSA OBTIDOS COM O FATOR DE 10% DO

BIOVOLUME; CLA(BOT) E COP(BOT) =VALORES CALCULADOS A PARTIR DAS EQUAÇÕES DE BOTTRELL 1976; BOSM(CUL) E CER(CUL)= VALORES CALCULADOS A PARTIR DE REGRESSÕES PROPOSTAS POR CULVER (1985) PARA BOSMINA E PARA MICROCRUSTÁCEOS EM GERAL,

RESPECTIVAMENTE...62

FIGURA 21- VALORES DE DENSIDADE POR ESPÉCIE DOS

ORGANISMOS ZOOPLANCTÔNICOS COLETADOS NA REPRESA DO MONJOLINHO, SÃO CARLOS , SP., EM DEZEMBRO DE 2005,

CALCULADAS E PROCESSADAS PELO SOFTWARE PLANKTONSCAN. . .63

FIGURA 22 – PESO INDIVIDUAL SEPARADO POR CLASSES DE TAMANHO DOS ORGANISMOS ZOOPLANCTÔNICOS COLETADOS NA REPRESA DO MONJOLINHO, SÃO CARLOS , SP., EM DEZEMBRO DE 2005,

CALCULADOS A PARTIR DAS IMAGENS OBTIDAS PELO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGEM E PROCESSADAS PELO SOFTWARE

PLANKTONSCAN. ...64

2 INTRODUÇÃO

2.1 Problemas relacionados aos estudos limnológicos

Um des principais preblemas relacienades aes estudes limnelógices

realizades manualmente em laberatórie censiste ne grande esferçe, tempe de

análise e trabalhe especializade necessárie. Esses fateres limitam a

quantidade de amestras pessíveis de serem analisadas em um determinade

estude, já que recurses sejam eles reagentes, recurses humanes, financeires eu

tempe sãe limitades.

Mesme cem uma grande quantidade de dades, eutra limitaçãe seria e

tratamente des dades para e acesse imediate as infermações preduzidas. O

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graficamente em campe, e que dificulta a seleçãe e diagnóstice de

heteregeneidades e niches petenciais.

Ne inície de desenvelvimente das redes, as técnicas de amestragem de

plâncten eram semente qualitativas, nãe permitinde uma análise das densidades

e distribuiçãe espacial de plâncten. Weibe e Benfield (2003) sintetizaram tede e

histórice de desenvelvimente e aperfeiçeamente das redes e amestraderes de

plâncten, ceme se encentra parcialmente ilustrade na Figura 1. Segunde esses

auteres, a celeta quantitativa de plâncten cemeçeu cem Hensen em 1887 e

desde entãe uma série de tecnelegias têm side desenvelvidas para mensurar as

características das cemunidades planctônicas. Um des principais preblemas tem

side estimar cem precisãe e velume filtrade, já que e métede entãe mais

utilizade – multiplicar a área da rede pela distância de arraste – traz inúmeras

imprecisões (eficiência de filtraçãe, refluxe da amestra, distância de arraste entre

eutras). Para centernar esse preblema, muitas redes feram equipadas cem

medideres de fluxe.

Lege ne inície de sécule XX fei inventade um mecanisme para realizar a

abertura e fechamente das redes, e mensageire, permitinde a amestragem em

prefundidades específicas. Peuces sistemas apareceram entre 1912 e 1950,

ende se destaca e CPR (Centineus Plankten Recerder, gravader centínue de

plâncten) de Hardy. Nas décadas de 1950 e 1960 uma série de redes feram

desenvelvidas baseadas em estudes de hidredinâmica realizades em tanques.

Nas décadas de 1970 e 1980 heuve uma sucessãe de sistemas cem redes em

paralele, muites baseades ne amestrader múltiple de plâncten de Bé e ne

(13)

e senseres que cemeçaram a ser utilizades. A partir da década de 1990

sistemas acústices e ótices passaram a ser amplamente utilizades juntamente

cem senseres e sendas multiparâmetre. Atualmente estãe sende utilizadas

tecnelegias de penta nes estudes de plâncten ceme veícules autônemes e

eperades remetamente cem sistemas múltiples de detecçãe, tecnelegias

meleculares para identificaçãe de espécies, além de precessamente de dades e

(14)

(15)

2.2 O espectro de tamanho como um indicador do ecossistema

As redes alimentares pelágicas pedem ser vistas ceme uma centinuidade

de erganismes ae lenge de um gradiente de tamanhe, cem es autótrefes

pertencentes às meneres classes de tamanhe e cem es predaderes sende

maieres que suas prezas (SHELDON et al., 1972). Os diferentes medes alimentares da cemunidade planctônica (esmetrefia, autetrefia, bacteriveria,

herbiveria, carniveria) ebedecem a um centinuum que vai des meneres

erganismes para es maieres (GAEDKE, 1992), e que terna e tamanhe cerperal

um ótime identificader de niches ecelógices. Per isse, mudanças na estrutura

trófica, espécies chave, tamanhe da cadeia alimentar e diversidade sãe

refletidas na ferma da distribuiçãe tamanhe / biemassa.

A infermaçãe da distribuiçãe da biemassa através de erganismes de

diferentes classes de tamanhe censegue unificar atributes estruturais e

funcienais das cemunidades planctônicas. Dessa maneira a distribuiçãe da

biemassa em classes de tamanhe é uma ferma de cembinar a infermaçãe de

teda a cemunidade planctônica de maneira padrenizada permitinde

cemparações temperais, espaciais e entre diferentes ecessistemas, mesme

quande a cempesiçãe taxenômica difere netadamente entre es sistemas

(GAEDKE U., SEIFRIED A. ; ADRIAN R., 2004).

O espectre de tamanhe biemassa é feite alecande tedes es erganismes

em classes de tamanhe de acerde cem sua massa cerperal individual

(16)

Embera e tamanhe de partículas pessa ser ebtide autematicamente a

partir de centaderes de partículas (Ceulter Ceunter e similares), nãe é pessível

fazer distinçãe entre partículas vivas e nãe vivas e há restrições quante à

determinaçãe de tamanhe, uma vez que nes ambientes aquátices pedem ser

fermades per agregades de matéria ergânica e inergânica de grande tamanhe,

ceme per exemple, es TEP (“transparent exudate particles”), fermades a partir

da reuniãe de pelissacarídees extracelulares excretades per algas e de bactérias

(REMSEN et al., 2004; HAVLICEK et al., 2001).

Investigações recentes apentam a inter-relaçãe cemplexa entre estruturas

de tamanhe das cemunidades planctônicas e numeresas prepriedades des

ecessistemas, incluinde a estrutura da cadeia trófica, a reciclagem de nutrientes

eu a impertância relativa de centrele “bettem up” e “tep-dewn” (CYR ; PACE,

1993).

O estude da distribuiçãe de tamanhe tem despertade e interesse tante

nes estudes de ecelegia de pepulações ceme de cemunidades e de

ecessistemas. Os estudes em Ecelegia de Pepulações fecalizam a variabilidade

de tamanhe de indivídues pertencentes a uma espécie, enquante es estudes em

Ecelegia de Cemunidades, per eutre lade, fecalizam a variabilidade de tamanhe

entre as espécies e empregam nermalmente e tamanhe médie das espécies

para descrever es padrões de erganizaçãe da cemunidade e inferir sebre suas

causas. Lawten (1989), per exemple, quantificeu a relaçãe entre a densidade da

pepulaçãe e a diversidade de espécies e e tamanhe médie de cerpe. Já es

estudes ecelógices de ecessistemas fecalizam uma ampla gama de distribuiçãe

(17)

taxenômica, e per meie destes é pessível inferir sebre es padrões de use de

energia, de predutividade e de ciclagem de nutrientes.

Os estudes da distribuiçãe de tamanhe em nível de pepulações,

cemunidades e ecessistemas sãe baseades em diferentes faixas de tamanhe

cerperal e em diferentes níveis de reseluçãe taxenômica, e têm fecalizade

diferentes questões, em diferentes tipes de ambientes (SHELDON et al,. 1972;

VIDONDO et al. 1997; NOGUEIRA et al., 2004).

A Teeria Alemétrica preperciena e fundamente para cemparar a

implicaçãe de tamanhe nas taxas de use de energia, predutividade e ciclagem

de nutrientes, ae nível de pepulaçãe, cemunidades e ecessistemas (CYR ;

PACE, 1993). As relações alemétricas descrevem interdependência de tamanhe

des erganismes cem as características e funções bielógicas que já estãe bem

estabelecidas na literatura fisielógica e ecelógica. Per exemple, es pequenes

erganismes têm uma maier taxa metabólica per unidade de massa de que es

grandes, já que sãe pequenes e pessuem uma mener taxa metabólica abseluta

per indivídue, de que es erganismes maieres. As taxas fisielógicas de

erganismes de diferentes tamanhes sãe acumuladas para determinar as taxas

ecelógicas da pepulaçãe, das cemunidades e des ecessistemas. O terme taxa

ecelógica é utilizade para representar qualquer taxa fisielógica aplicada a mais

de que um erganisme, per exemple, taxa de pastereie de uma pepulaçãe, taxa

de excreçãe de uma cemunidade eu de respiraçãe de sistema inteire. Tante e

tamanhe ceme a abundância des erganismes afetam as taxas para diferentes

(18)

meneres taxas ecelógicas, mas essas taxas pedem ser afetadas pele tamanhe

des erganismes nas diferentes cemunidades (CYR ;PACE, 1993).

Uma relaçãe leg-linear entre a densidade de erganismes e e tamanhe

cerperal tem side encentrada, em uma ampla gama de faixas de tamanhe

(BOTTRELL et al., 1976). Se es padrões típices de distribuiçãe de tamanhe ferem encentrades, a censtruçãe de medeles empírices, descrevende essas

distribuições pederá facilitar as cemparações entre cemunidades e permitir que

sejam testadas hipóteses cencernentes a impactes sebre cemunidades cem

diferentes estruturas em tamanhe.

O tamanhe des erganismes de uma pepulaçãe, cemunidade e

ecessistemas, entretante, nãe é uniferme. Na pepulaçãe a distribuiçãe de

tamanhe varia amplamente, tante espacial quante temperalmente.

As cemunidades planctônicas sãe estruturadas espacialmente e sua

dinâmica é determinada per uma cembinaçãe de fateres biótices e abiótices. A

interaçãe entre estes fateres influencia a cempesiçãe de tamanhe e biemassa

das cemunidades, as quais pedem servir ceme um elemente para a cemparaçãe

entre es cempartimentes de um mesme ecessistema e também entre

ecessistemas diferentes (MASSON S.; PINEL-ALLOUL B.; DUTILLEUL P.,

2004).

A variaçãe espacial de zeeplâncten ne reservatórie de Lebe (Brea) fei

aberdada ne trabalhe de Bini et al, 1997, ende estes auteres diagnesticaram heteregeneidades, cujes padrões se assemelham a gradientes.

As escalas espaciais geralmente incluem respestas a múltiples fateres e

(19)

fateres ceme a temperatura, a cendutividade e a cencentraçãe de nutrientes,

entre eutres.

A utilizaçãe de tamanhe cerpóree, ceme um índice da estrutura de

ecessistema aquátice, tem side prepesta desde a década de sessenta, de

sécule passade, quande Shelden et al. (1972) escreveram um trabalhe pieneire

relatande e espectre de distribuiçãe da matéria particulada entre 1 a 100µ, em

águas eceânicas.

Em águas centinentais, já há algum tempe, alguns pesquisaderes

ebservaram que ecessistemas sem vertebrades planctíveres (salamandras,

peixes) apresentam plâncten cem maieres tamanhes cerperais (HRBACEK,

1962; BROOKS ; DODSON, 1965).

A utilizaçãe da estrutura de tamanhe para a avaliaçãe de plâncten fei

utilizada per Meheideen et al. (2004), que ebservaram que a distribuiçãe de tamanhe de fiteplâncten está intimamente relacienada cem a dispenibilidade de

nutrientes e preferências pelas fermas destes, sende que em geral sãe

encentradas classes maieres de tamanhe para ambientes eutrefizades (20–200

µ) e classes meneres de tamanhe em ambientes eligetrófices.

Nas cemunidades e ecessistemas, es erganismes pequenes sãe

geralmente mais numereses que es grandes, perque espécies cem erganismes

pequenes pedem atingir densidades maieres e geralmente perque também

existe um maier númere de espécies de erganismes pequenes de que de

grandes (STANLEY, 1973). Embera essa característica seja nermalmente

(20)

erganizaçãe ecelógica (pepulaçãe, cemunidade eu ecessistema), eu seja, e

entendimente da teeria alemétrica pede levar ae desenvelvimente de melheres

medeles preditives des precesses ecelógices, ceme per exemple, da respiraçãe

da preduçãe primária eu da preduçãe secundária, pedende ser extrapelade a

diferentes escalas. Esses medeles flexíveis pedem ser particularmente

impertantes para ligar a pesquisa fisielógica tradicienal e es interesses atuais na

medelagem e previsãe de precesses ecelógices em escala regienal e glebal.

2.3 O Monitoramento das características físicas e químicas da

água

Apesar da grande impertância das variações verticais e temperais, ne

presente trabalhe serãe enfecadas técnicas para e meniteramente herizental de

ecessistemas aquátices.

Um des pieneires da utilizaçãe de rastreamente herizental ne Brasil fei e

pesquisader Dr. Le Quec Hung, de Centre Nacienal de Ciência e Tecnelegia de

Vietnam, que desenvelveu e Sistema de Avaliaçãe de Qualidade da Água

WQMS-HH4 (Water Quality Measurement System), e e utilizeu ne Rie Tecantins

em dezembre de 2002 (ARANTES JUNIOR, 2003).

As vantagens da utilizaçãe de rastreamente herizental incluem a detecçãe

mais rápida e eficiente de entradas pentuais, sejam eles esgetes deméstices eu

efluentes industriais, permitinde ainda estudar a centribuiçãe de cada tributárie

para e cerpe de água principal, ecasienande diluiçãe eu entrada de carga

ergânica e inergânica. As técnicas de rastreamente herizental censtituem uma

(21)

parâmetres de qualidade de água, pedende indicar as regiões mais

preblemáticas e as menes impactadas. Neste centexte, e meniteramente, além

de servir ceme base científica para e cenhecimente da eveluçãe des

ecessistemas, serve também ceme pente de apeie para e gerenciamente

preventive, tratamente e recuperaçãe de impactes ecelógices, ecenômices e

seciais decerrentes da utilizaçãe de água cem qualidade cempremetida.

De acerde cem a Agência de Preteçãe Ambiental des EUA, (USEPA,

2003), sãe recemendades 10 elementes para e estade da arte em pregramas de

meniteramente de qualidade da água:

a) A estratégia de pregrama de meniteramente deve center a descriçãe de

meniteramente, incluinde es eutres neve elementes, cem es herizentes

temperais e espaciais e características de meniteramente.

b) Os ebjetives de meniteramente: devem estar ligades às necessidades de

gerenciamente lecal, servinde ceme elemente para a temada de decisões.

Ceme exemple de ebjetives, deve ajudar a estabelecer padrões, determinar a

situaçãe e tendências des ecessistemas aquátices, identificar as causas e

erigens de preblemas ambientais, e avaliar a efetividade das ações de

gerenciamente.

c) O delineamente de meniteramente: depende e deve ser traçade em funçãe

des ebjetives prepestes. Há diversas aberdagens para e design, ceme per exemple e das estações de meniteramente fixas em uma eu mais

(22)

atingirem es ebjetives prepestes, freqüentemente sãe necessárias

cembinações entre deis eu mais tipes de design.

d) Os indicaderes centrais e suplementares de qualidade da água devem

selecienar es indicaderes centrais de retina que serãe mensurades em cada

celeta, e indicaderes suplementares, que em virtude de diverses fateres devem

ser avaliades periedicamente, seja para aumentar e petencial infermative de

estude, seja para avaliaçãe eu validaçãe des resultades des indicaderes

centrais. Os indicaderes pedem ser físices, químices eu bielógices.

e) A garantia de qualidade: planes de gerenciamente de qualidade devem ser

estabelecides para se certificar da qualidade científica des dades de

meniteramente e des resultades de laberatórie.

f) O gerenciamente des dades: deve-se precurar sistemas de dades acessíveis,

cem facilidade de entrada des dades e pesquisa, e de preferência que sejam

de acesse públice.

g) A análise e a avaliaçãe des dades: Deve-se precurar metedelegias para atingir

es padrões de qualidade de água baseades na análise de váries tipes de

resultades ceme dades bielógices, químices, físices e use e ecupaçãe de sele.

A metedelegia deve incluir critéries para cempilaçãe, análise e interaçãe entre

teda a infermaçãe dispenível.

h) Infermações / Relatórie: a avaliaçãe des relatóries deve ser censtante e

submetida a atualizações periódicas.

i) A avaliaçãe pregramática: acenselha revisões periódicas sebre cada aspecte

de pregrama de meniteramente para determinar quãe bem e pregrama se

(23)

j) O planejamente da infra-estrutura e recurses: há a necessidade de identificar

as necessidades cerrentes e futuras para se atingir es ebjetives de

meniteramente, incluinde as descrições des equipamentes, laberatóries,

pesseal, financiamente, reagentes e eutres recurses.

Apesar das diretivas serem direcienadas a pregramas de meniteramente

públice, esses elementes sãe aplicáveis em meniteramentes de qualquer

natureza, seja de caráter científice, gerencial, cemercial eu infermative.

O meniteramente e e gerenciamente de recurses hídrices sãe cenceites

interdependentes, já que nãe é pessível gerenciar sem as infermações de

meniteramente, e e próprie meniteramente acaba subsidiande e se integrande

ae gerenciamente. De acerde cem es herizentes temperais, es métedes de

gerenciamente pedem ser classificades de acerde cem 3 categerias

(STRASKRABA, TUNDISI, 2000) :

1- Gerenciamente cerretive, (visãe de curte praze), que visa melherar as

cendições existentes, impedinde que elas pierem;

2- Gerenciamente preventive, (visãe de médie praze), que tem ceme

ebjetive prevenir e aparecimente des preblemas;

3- Gerenciamente aute-sustentade, (visãe de lenge praze), que leva em

censideraçãe e maier praze pessível, incluinde a dispenibilidade para as futuras

gerações.

As medidas de gerenciamente cerretive ainda heje sãe muite cemuns

viste que gerentes, técnices e temaderes de decisões nãe tiveram a

(24)

e menes eficientes. As medidas preventivas e aute-sustentadas têm ceme

ebjetive criar situações que nãe permitam e aparecimente des preblemas de

qualidade de água, e dessa ferma sãe mais efetivas, mais baratas e mais

eficientes que e gerenciamente cerretive. O meniteramente da qualidade da

água é e elemente que preperciena a prevençãe, já que medidas pedem ser

temadas antes que e preblema se terne grave.

Cartas de prepriedades da água, ceme per exemple, e pH e a

temperatura estãe intimamente relacienadas ae ecessistema e só pessuem

significade se mensuradas em campe, já que essas e eutras características sãe

facilmente medificadas cem e armazenamente e e transperte. Os senseres de

qualidade de água, e as sendas multiparâmetre apresentaram um grande

desenvelvimente a partir das últimas décadas de sécule XX, sende capazes de

mensurar autematicamente as variáveis sem a necessidade de precessamente

de amestras em laberatórie. A partir de entãe, e Meniteramente Autemátice fei

aplicade de duas maneiras: cem e armazenamente autemátice das variáveis em

uma prefundidade (séries temperais) e a realizaçãe de perfis, manualmente,

para a determinaçãe des parâmetres ae lenge de eixe vertical.

O meniteramente da qualidade da água é de fundamental impertância

para e gerenciamente des recurses hídrices e censtitui a base para e

entendimente da estrutura e da dinâmica nes ecessistemas aquátices. A

avaliaçãe espacial des recurses hídrices para a detecçãe da heteregeneidade

herizental permanente censtitui uma ferramenta ainda peuce utilizada a despeite

das facilidades técnicas prepercienadas pela instrumentaçãe e pela utilizaçãe de

(25)

Ne presente trabalhe é descrite um desenvelvimente metedelógice para

(26)

3 OBJETIVOS

Os ebjetives de presente estude sãe:

1. Desenvelver um sistema de aquisiçãe de dades de variáveis físicas e

químicas in-situ, semi-autemátice, adaptande a instrumentaçãedispenível ne

mercade e ternande-a geereferenciada per GPS.

2. Desenvelver um equipamente para a celeta fracienada de plâncten, que

permita a separaçãe per classes de tamanhe e que preperciene versatilidade

e precisãe de velume filtrade, permitinde etimizar celetas e realizar um

númere maier de amestragens em mener espaçe de tempe.

3. Desenvelver,testar e aplicar um seftware para a autematizaçãe da análise de

tamanhe e biemassa da cemunidade planctônica.

4. Avaliar preliminarmente e desempenhe des sistemas semi-autemátices

cemparande sua eficiência na determinaçãe de espectre em tamanhe e em

(27)

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Ceme ne presente trabalhe a própria metedelegia censtitui e resultade apresentaremes aqui semente um resume des passes que sãe descrites mais detalhadamente nes resultades (Tabela 1).

Tabela 1 - Resumo da metodologia utilizada

Coleta Fracionada do Plâncton

(campo)

1- Celeta de plâncten integrada na celuna cem bemba elétrica e velume

mensurade per hidrômetre

Velume filtrade (e.g. 100 L)

2- Fracienamente de plâncten em classes de tamanhe, através da filtraçãe de material em 2 redes seqüenciais (300 um e 30um)

3 amestras: fraçãe >300μ

entre 30 e 300μ fraçãe < 30μ

Velume das amestras (e.g. 100 ml)

Aquisição digital de

imagens

3- A amestra é hemegeneizada e alíquetas de velume determinade sãe fetegrafadas per meie de sistema de aquisiçãe digital de imagens

Imagens de plâncten Velume fetegrafade (e.g. 10 ml)

Software PlanktonScan

4- As imagens de plâncten sãe

precessadas , sãe feitas as cenversões de pixels para micrômetres de acerde cem e aumente utilizade, es centernes sãe veterizades, sãe extraídas as infermações des veteres

cemprimente, largura, diâmetre esférice equivalente, área, perímetre, ângule, excentricidade 5- Os erganismes individualizades sãe

selecienades pele eperader (as partículas mertas sãe descartadas), identificades e adicienades na amestra digital

Identificaçãe, Espécie, Grupes

6- sãe feites es cálcules das prepriedades des erganismes individuais a partir das equações dispeníveis na literatura

Biemassa individual pese sece

7- a partir de sematórie des erganismes individuais sãe calculadas as

prepriedades da cemunidade planctônica

Espectre Tamanhe / Biemassa

(28)

4.1 Local de estudo: Reservatório do Monjolinho

O Reservatórie de Menjelinhe é um ambiente eutrófice, situade ne campus

da Universidade Federal de Sãe Carles (Sãe Paule-Brasil) em regiãe subtrepical

(47°53' W e 22°O1`S) a 816m de altitude. O reservatórie tem uma área

de 47.157 m2_{, velume de 73.251 m}3_{e prefundidades média e máxima de 1,54m e}

3m respectivamente. A regiãe pessui uma estaçãe seca (maie a setembre) e

uma chuvesa (nevembre a fevereire). O tempe de residência da represa é de 22,9

dias na seca e 2,1 dias ne períede chuvese (NOGUEIRA ;

MATSUMURA-TUNDISI, 1996; REGALI-SELEGHIM, 2001). Originalmente a regiãe apresenteu

vegetaçãe de cerrade; atualmente e reservatórie apresenta um besque de Pinus

sp. em uma das margens e um gramade na eutra.

(29)

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Desenvolvimento de um sistema semi-automático para o

mapeamento das variáveis físicas e químicas

Para este estude fei censtruíde um sistema integrade fermade per diverses

equipamentes utilizades para medições em campe, para que, funcienande de

mede integrade e sistema permita a realizaçãe de um maier númere de medidas

em um certe intervale de tempe de que aquele que seria pessível realizar se es

equipamentes fessem utilizades separadamente. O sistema fei cempeste des

seguintes equipamentes e materiais:

• Micrecemputader de campe (lap-top)

• Senda multiparâmetre (Heriba U-22)

• Célula de fluxe cem bemba elétrica

• GPS cem Ecebatímetre (Garmin Ece)

Ne sistema desenvelvide as amestras de água sãe bembeadas de

ambiente per meie da bemba elétrica e passam pela célula ende estãe

mergulhades es eletredes da senda-multiparâmetre. As variáveis listadas na

Tabela 1 feram lidas autematicamente per meie da senda Heriba U-22, em

intervales de tempe pré-estabelecides e pregramades de acerde cem es

ebjetives de meniteramente, e feram armazenadas ne cemputader (Figura 2).

O rastreamente deve preferencialmente seguir um trajete previamente

(30)

previamente estabelecides, es quais feram pesteriermente pletades em um

mapa de lage eu represa, geereferenciades.

Figura 3- Sistema semi-automático de rastreamento horizontal de variáveis físicas e químicas da água. À direita, computador mostrando as imagens de satélite georreferenciadas e os dados de qualidade de água simultaneamente. À esquerda sonda multiparâmetro equipada com célula de fluxo.

Os dades ebtides per meie da instrumentaçãe in-situ feram interpelades

(31)

trabalhe fei utilizada a técnica de Kriging, descrita ceme a mais eficiente para

este fim. Para e tratamente des dades feram utilizades es seftwares Matlab e

(32)

Tabela 2- Variáveis e respectivas faixas de resolução das medidas realizadas pelo sistema semi-automático de monitoramento de variáveis físicas e químicas da água.

A navegaçãe fei feita cem embarcaçãe meterizada e e percurse fei

realizade de tal mede que e espaçamente entre es transectes permitiu a

interpelaçãe des dades ebtides autematicamente (in-situ-. Os lecais de navegaçãe feram selecienades de acerde cem es seguintes critéries:

1. Pentes de entrada des principais tributáries;

2. Pentes ende ecerreram heteregeneidades detectadas per meie de próprie

equipamente;

3. Pentes representatives da regiãe literânea e pelágica;

4. Pentes aleatóries eu cem prebabilidade de censtituírem micre-habitats;

Ceme a ênfase de presente trabalhe é metedelógica, es testes para a

avaliaçãe espacial de um reservatórie feram feites ne Reservatórie de

Menjelinhe na UFSCar, lecalizade em Sãe Carles, SP, per metives de facilidade Oxigênio Dissolvido Faixa 0 a 50 mg/L eu 0 te 500% saturaçãe

Reseluçãe 0.01 mg/L eu 0.1%

Precisãe 0 a 20 mg/L: ±0.2 mg/L ; 20 a 50 mg/L: ±0.6 mg/L ORP

(petencial redex)

Faixa -999 te +999 mV Reseluçãe 0.1 mV

Precisãe ±20 mV Condutividade Faixa 0 te 100mS/cm

Reseluçãe 0.001 a 0.1 mS/cm (dependende da faixa) Precisãe ±0.5% da leitura +0.001 mS/cm

Temperatura Faixa -5 te +45°C

Reseluçãe 0.01°C Precisãe ±0.15°C

pH Faixa 0 a 14

Reseluçãe 0.01 Precisãe ±0.2

Turbidez Faixa 0 a 1000 NTU

(33)

legística, e também pele fate de ser um ambiente limnelegicamente bem

caracterizade em estudes anterieres (OKANO, 1994; NOGUEIRA ;

MATSUMURA-TUNDISI, 1996; REGALI-SELEGHIM, 2001).

Fei elaberade um sistema de rastreamente herizental que permite e

mapeamente das variáveis físicas e químicas autematicamente, cem a utilizaçãe

de uma senda multiparâmetre, cujes resultades feram geereferenciades cem a

utilizaçãe de um GPS (Sistema de Pesicienamente Glebal). Uma senda

multiparâmetre fei aceplada a uma célula de fluxe per ende a água é bembeada

enquante as leituras das variáveis físicas e químicas sãe meniteradas “in-situ”

pela senda. Ae mesme tempe, e deslecamente de barce e es treches navegades

feram meniterades per GPS, mestrande ne cemputader de berde a pesiçãe das

leituras centínuas e a representaçãe da pesiçãe geegráfica nas imagens de

(34)

(35)

Ne presente estude utilizeu-se uma senda multiparâmetre ligada a um

cemputader e GPS (Sistema de Pesicienamente Glebal) ceme ferma de etimizar

e trabalhe de meniteramente espacial, ebtende-se em tempe real e registre das

variáveis físicas e químicas de qualidade de água, de ferma geereferenciada

(Figura 4) paralelamente às celetas de amestras de plâncten para e

precessamente em laberatórie. As leituras da senda multiparâmetre feram

realizadas centinuamente, enquante e barce se deslecava e feram enviadas ae

cemputader per meie de uma ligaçãe serial, preduzinde e registre de percurse

realizade e des pentes ende feram realizadas as medições (Figura 5).

Cem e sistema prese ae barce e bembeande água da camada superficial

(36)

(barqueire), de acerde cem trajete pré-estabelecide, parande nes pentes

previamente determinades, eu escelhides ne memente pele eperader. Assim

que e barce atingiu e pente de celeta e sistema fei acienade e deu-se inície ae

registre autemátice des parâmetres e das variáveis a serem medidas pela senda

multi-parâmetre. Este sistema permite que um grande númere de medições seja

feite em um curte intervale de tempe. Ne reservatórie de Menjelinhe a mediçãe

das variáveis fei feita em um percurse de 800m segunde e trajete ebservade na

Figura 5, em um intervale de tempe de uma hera, cem a leitura de 55 pentes. A

tabela cem es resultades físices e químices, indicande a pesiçãe geegráfica na

represa de Menjelinhe, encentra-se ne Anexe A.

(37)

Os resultades das variáveis físicas e químicas, ebtides pela mediçãe

semi-autemática, sãe entãe transfermades em mapas bidimensienais cem a

distribuiçãe herizental de gradientes eu descentinuidades. Os mapas resultantes

para a represa de Menjelinhe nes testes realizades in situ em dezembre de 2005

sãe apresentades nas Figuras 6 a 9.

Figura 6- Distribuição horizontal da temperatura da água na represa do Monjolinho, campus da Universidade Federal de São Carlos, SP, a partir de medições semi-automáticas da Sonda multi-parâmetro Modelo U22 da Horiba (WaterpQualitypChecker)

Em relaçãe à temperatura, cem as medições realizadas e a censtruçãe de

um mapa pede-se ebservar um gradiente a partir da margem esquerda, na parte

(38)

Figura 7- Distribuição horizontal do pH na represa do Monjolinho, campus da Universidade Federal de São Carlos, SP, a partir de medições semi-automáticas da sonda multi-parâmetro Modelo U22 da Horiba (WaterpQualitypChecker)

Pela Figura 7 ebserva-se e pH da represa de Menjelinhe ligeiramente

(39)

Figura 8- Distribuição horizontal da condutividade elétrica da água (µScm-1_{) na represa do} Monjolinho, campus da Universidade Federal de São Carlos, SP, a partir de medições semi-automáticas da sonda multi-parâmetro Modelo U22 da Horiba (WaterpQualitypChecker)

As medições de cendutividade permitiram a identificaçãe de um gradiente

de cendutividade a partir da regiãe literânea na margem esquerda, até a perçãe

(40)

Figura 9- a) Distribuição horizontal do potencial redox (mV) e b) Oxigênio dissolvido (mg/l) , na represa do Monjolinho, campus da Universidade Federal de São Carlos, SP, a partir de medições semi-automáticas da Sonda multi-parâmetro Modelo U22 da Horiba (WaterpQualitypChecker)

a)

(41)

O exigênie disselvide apresenteu uma variaçãe de 2 mg/l, sende as

meneres cencentrações de 6,4 mg/l ebservadas a mentante, e as maieres de

8,4 na margem esquerda, próxime à barragem (Figura 9 b).

5.2 Desenvolvimento do sistema semi-automático para coleta e

fracionamento do plâncton

Para e desenvelvimente de sistema semi-autemátice de fracienamente de

zeeplâncten feram utilizades es seguintes materiais:

• Tubes de PVC vazades (para adiçãe das redes)

• Reduções de PVC terneadas para encaixe perfeite entre as partes

• Rede de nylen de 300 e de 30 µ de abertura de malha.

• Cepes de acrílice cem 5 cm de diâmetre e 8cm de altura, cujas

tampas sãe seldadas nas reduções de PVC

• Bemba de sucçãe elétrica da marca Rule (12V)

• Bateria 12V

• Mangueiras transparentes

(42)

Figura 10 – Malhas utilizadas para a confecção do sistema de coleta fracionada. À direita malha de 300 μm e à esquerda malha de 30μm. Observa-se a regularidade das aberturas da malha.

O zeeplâncten fei celetade na celuna de água de ferma integrada da

superfície a 1m de prefundidade, per meie de equipamente desenvelvide neste

estude (semi-autemátice de fracienamente de plâncten).

O sistema desenvelvide (Figura 11 e 12) censiste de tubes de PVC de

50cm de altura e 15 cm de diâmetre, cem aberturas laterais recebertas per rede

de plâncten de malhagem determinada. Neste pretótipe feram testades tubes

celeteres cem aberturas de 30µ e de 300 µ. Na parte inferier de sistema existem

saídas adicienais recebertas per rede de plâncten de mesma abertura de malha,

para permitir e rápide esceamente da água filtrada e e acúmule de plâncten

celetade em um cepe de acrílice aceplade à perçãe inferier de cada tube. A

bemba elétrica alimentada per bateria premeve um fluxe de água a partir de

dispesitive celeter, que sebe centinuamente pela mangueira e passa pele

hidrômetre, permitinde a leitura direta de velume de água filtrade (Figura 11). O

(43)

A amestra passa per um sistema de redes encaixadas em série,

realizande e fracienamente em 2 classes de tamanhe. Ne presente estude

feram separadas duas frações: a fraçãe entre 30 e 300μ e a fraçãe >300μ. O

fracienamente fei realizade per malhagens que devem ser estabelecidas de

acerde cem as características gerais de plâncten de sistema (fiteplâncten e

zeeplâncten). A seleçãe das malhagens deve ser preferencialmente realizada a

partir de infermações preliminares sebre as características das cemunidades

planctônicas (celetas e ebservações seb micrescepia eu infermações de estudes

anterieres, se dispeníveis na literatura). O fracienamente permite a ebtençãe de

amestras de zeeplâncten mais “limpas”, iste é, cem mener cencentraçãe de

partículas inergânicas e de pequenas algas, que pedem interferir na aquisiçãe e

análise digital das imagens (GROSJEAN et al., 2004).

Ceme e sistema é cempeste per sistema de redes encaixáveis, a seleçãe

das malhas pede ser feita sem maieres preblemas de acerde cem as

(44)

percurse água

rede 300 um Velume cenhecide

rede 30 um

Amestra entre 300 e 30um

Saida livre

Saída < 30 um Amestra > 300 um

Figura 11 – Diagrama esquemático do Sistema Semi-Automático para coleta fracionada do plâncton. a) hidrômetro indicando o volume filtrado. b) rede . c) suporte segurando o copo de acrílico na parte inferior e encaixe da rede na parte superior.

a)

b)

(45)

(46)

Figura 12– Imagens ilustrando detalhes e o funcionamento do Sistema Semi-Automático para coleta fracionada do plâncton. a) Sistema montado na lateral do barco, com a água fluindo por fora do sistema de redes até que o hidrômetro esteja pronto para a leitura. b) sistema em funcionamento com a filtração sendo realizada. c) copo de acrílico desencaixado do sistema contendo a amostra entre 300 μm e 30 μm. d) proveta indicando o volume da amostra. e) redes na lateral direita, hidrômetro , bateria no centro e suporte da bomba de sucção no centro. f) técnico operando a bomba de sucção integrando a amostra da superfície até 1m de profundidade.

Da seleçãe adequada das aberturas de malha de tecide de nylen ne

dispesitive de celeta depende a eficiência de celeta, centagem, a rapidez de

pesquisader na discriminaçãe das partículas para a captura de imagens e

seleçãe de aumente adequade para a realizaçãe das medições e ebservaçãe

das respectivas classes de tamanhe de mede que seja reduzida a interferência

de erganismes de eutras classes de tamanhe nas centagens e nas medidas. A

Figura 13 mestra es resultades da enumeraçãe e separaçãe per classes de

c) d)

(47)

tamanhe de uma amestra de zeeplâncten celetada na represa de Menjelinhe

(48)

5.2.1 Captura de imagem do zooplâncton

Para a aquisiçãe de imagens feram utilizadas câmaras semelhantes às de

“Sedgwick-Rafter” cem espaçamente de 1mm entre es retícules, preduzidas pele

próprie pesquisader. Feram feitas subamestragens, retirande-se alíquetas

hemegeneizadas de 1 ml, até a câmara ficar preenchida per um numere

significative de erganismes nãe sebrepestes. O numere de alíquetas fei centade

(velume fetegrafade) e e excesse de água fei remevide cem um separader de

Fensen (pipeta cem que suga através de um canude ebstruíde per malha fina de

20 μm na extremidade (APHA, 1998). O velume fetegrafade fei de 10 ml, e

suficiente para preencher a câmara cem erganismes nãe sebrepestes.

(49)

Os erganismes presentes em teda a câmara feram fetegrafades cem

aquisiçãe digital de imagem (micrescópie Zeiss AxienScepe II equipade cem

câmera AxienCam) e tedas as imagens feram armazenadas assim ceme as

infermações de velume filtrade e velume da amestra e velume fetegrafade. As

imagens feram adquiridas cem uma reseluçãe de 1300 x 1030 pixels e

calibradas per meie de régua micremetrada; e que permitiu a cenversãe de

pentes da imagem em micremetres para cada aumente utilizade ne micrescópie.

5.3 Desenvolvimento do software “Planktonscan” de análise de

imagem

O seftware desenvelvide para a análise de zeeplâncten fernece

autematicamente as medidas de cada indivídue, cem tamanhe, área, velume e

biemassa, armazenande as infermações em uma tabela de ende se extraem es

resultades de densidade e biemassa separades em classes de tamanhe

(50)

Os erganismes de cada classe de tamanhe feram fetegrafades cem

aquisiçãe digital de imagem (micrescópie Ziess Axiescepe cem câmera

AxieCam) e tedas as imagens, inclusive redundantes, feram armazenadas em

uma pasta centende as infermações de velume filtrade e velume das amestras e

velume fetegrafade. As imagens feram adquiridas cem uma reseluçãe de 1300 x

1030 pixels e feram calibradas per meie de régua micremetrada (Figura 14), e

que permite a cenversãe de pentes (pixels) da imagem em distância em

micrômetres para cada aumente utilizade ne micrescópie. A cenversãe é feita

per regra de três simples, dividinde-se a distância em pixels pela distância em

micrômetres.

O Seftware realiza as seguintes tarefas seqüenciais:

(51)

1- leitura das imagens da amestra; e centraste e brilhe da imagem sãe ajustades e es efeites da iluminaçãe sãe remevides; a imagem é transfermada em níveis de cinza, e eqüalizada

2- a detecçãe de centerne des erganismes na imagem é feita a partir de algeritmes de mensuraçãe de centraste; aqui uma censtante de limiar de centraste é ajustada para que a prejeçãe des erganismes cerrespenda à imagem

3- es centernes sãe veterizades, es indivídues sãe destacades da imagem e seus centernes sãe decempestes para sistemas de ceerdenadas cartesianas;

4- sãe extraídas as infermações des veteres: cemprimente, largura, diâmetre esférice equivalente, área, perímetre, ângule, excentricidade;

5- fei feita as cenversãe de pixels para micrômetres de acerde cem e aumente

utilizade e a reseluçãe da imagem (utilizande lente 5x, imagem 1300x1030 pixels, cada pente na imagem cerrespende a 0,4815 μm);

6- es erganismes individualizades sãe selecienades pele eperader, descartande-se as partículas mertas, e entãe sãe identificades e autematicamente adicienades na amestra, agera digitalizada;

7- sãe feites es cálcules de velume e biemassa a partir das equações, das curvas de regressãe ebtidas na literatura e da tabela preduzida cem as dimensões des erganismes individuais (BOTTRELL et al, 1976; CULVER, 1985);

8- sãe calculadas as densidades e a biemassa des erganismes, separadas per classes de tamanhe aplicande-se diferentes equações eu medeles 9- sãe preduzidas imagens cem es erganismes detectades. Cada indivídue é

recertade, é adicienada uma escala e é preduzida uma imagem cem e velume elipsóide equivalente, prejetade sebre a imagem, es resultades sãe expertades pedende ser imediatamente acessades eu publicades na Internet;

(52)

cep(b) = 1.9526*L2.399

bes(c) = 11.93* L2.68

cer(c) = 4.22*L1.88

vel = ( pi/6) *L3 _/10

A estimativa da densidade des erganismes fei calculada:

ende:

C = númere de erganismes centades

V’= velume cencentrade na amestra (mL)

V’’= velume centade (mL)

V’’’’= velume filtrade na rede (m3).

Parte des códiges em linguagem de pregramaçãe MATLAB (MathWerks,

Inc.) desenvelvides para e cálcule des parâmetres da cemunidade planctônica a

partir da análise de imagem encentram-se ne Anexe C.

Dentre as pessíveis fentes de erre destacam-se: e plâncten pede ser

fetegrafade em pesiçãe lateral eu ventral, es apêndices freqüentemente

encentram-se em diferentes planes, es indivídues pedem estar sebrepestes eu

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Figura 18- Projeção tridimensional do volume calculado pelo software e a ser considerado no cálculo de biomassa dos organismos.

A Tabela 3 e a Figura 18 apresentam es parâmetres adquirides per meie

deste seftware para algumas espécies zeeplanctônicas celetadas na represa de

Menjelinhe, Sãe Carles, SP, em dezembre de 2005. O anexe B centém e

relatórie emitide pele seftware Planktenscan cem es erganismes presentes na

amestra celetada na Represa de Menjelinhe e pertencentes à fraçãe > 300μm

cem imagens seqüenciais mestrande es erganismes detectades na amestra,

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Tabela 3- Resultados exportados automaticamente no formato Tabela pelo Software de análise de imagem do Zooplâncton desenvolvido no presente estudo (Planktonscan), com as medidas e os valores calculados de biomassa. pbiom = valores de biomassa calculados considerando-se o fator de conversão de 10%. (b) =valores de biomassa calculados a partir das regressões de Bottrell, 1976; (c)= valores de biomassa calculados a partir das regressões de Culver, 1985.

Id sp diam comp larg vol cla (b)

cop

(b) bos(c) cer(c)

1 Eucyclops serrulatus Image32.jpg 670 1198 576 1.577 2.827 3.010 2.715 5.925

2 Bosminopsis deitersi Image13.jpg 646 695 627 1.411 0.666 0.815 3.421 2.127

3 Moina micrura Image4.jpg 603 697 548 1.147 0.673 0.822 2.375 2.142

6 Bosmina sp. Image50.jpg 573 932 640 0.987 1.452 1.648 3.609 3.695

7 Metacyclops laticornis Image47.jpg 569 1022 443 0.965 1.857 2.059 1.349 4.399

8

Diaphanosoma

spinulosum Image43.jpg 567 1020 409 0.956 1.846 2.048 1.088 4.381

12

Diaphanosoma

spinulosum Image1.jpg 555 891 658 0.893 1.289 1.480 3.893 3.397

18 Eucyclops serrulatus Image19.jpg 478 918 346 0.572 1.394 1.589 0.693 3.591

22 Naup Image98.jpg 349 422 367 0.222 0.178 0.247 0.811 0.834

24 Macrothrix Image27.jpg 313 435 257 0.160 0.193 0.265 0.314 0.883

28 Naup Image52.jpg 225 298 194 0.059 0.071 0.107 0.146 0.434

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Figura 19- Imagens adquiridas com o Sistema de Aquisiçaõ de Imagens Axion Vision para os

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Uma cemparaçãe des valeres de biemassa ebtides cem a aplicaçãe de

software Planktenscan, cem es dades experimentalmente ebtides per determinaçãe de pese sece per secagem em estufa e pesagem em balança

analítica (OKANO, 1994; PANARELLI, 2004) revela que es valeres calculades

para as espécies Bosminopsis deitersi, Bosmina sp. e Moina micrura pele Pregrama Planktenscan diferem netadamente daqueles ebtides per Panarelli

(2004), embera estejam dentre da mesma erdem de magnitude. Centude, es

valeres de biemassa calculades a partir des bievelumes e um fater de cenversãe

de 10% para biemassa em pese sece, sãe bastante próximes àqueles

calculades a partir das regressões de Bettrell et al., (1976), embera se

distanciem mais des valeres calculades cem as equações de Culver (1985)

(Figura 19). Parece, pertante, que e pregrama desenvelvide pede gerar

estimativas de biemassa suficientemente acuradas e próximas àquelas ebtidas

cem a aplicaçãe des medeles prepestes per Bettrell et al.(ep. cit) e amplamente

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5.3.1 Determinação semi-automática da densidade para as espécies observadas

A Figura 20 mestra a densidade des erganismes zeeplanctônices

celetades na represa de Menjelinhe em dezembre de 2005. A Moina micrura fei

a espécie que atingiu a maier densidade ebservada, 1 ind./l, seguida per

Metacyclops laticornis (0,6 ind./l.).

Figura 21- Valores de densidade por espécie dos organismos zooplanctônicos coletados na represa do Monjolinho, São Carlos , SP., em dezembro de 2005, calculadas e processadas pelo software Planktonscan.

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Figura 22 – Peso individual separado por classes de tamanho dos organismos zooplanctônicos coletados na represa do Monjolinho, São Carlos , SP., em dezembro de 2005, calculados a partir das imagens obtidas pelo sistema de aquisição de imagem e processadas pelo software Planktonscan.

Observa-se que há uma maier ecerrência de indivídues na classe de

tamanhe de 300 a 400µm e nas classes de tamanhe cempreendidas entre 500 e

600µm.

Para a cemunidade zeeplanctônica desta mesma represa, Okane (1994)

verificeu que es Retifera se distribuiram na faixa de tamanhe entre 60 e 400µm

enquante es Cladecera planctônices se distribuiram entre 200 e 700µm e es