COMPOSIÇÃO E DIVERSIDADE DA COMUNIDADE FITOPLANCTÔNICA EM TRÊS PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS (PCH) DE UM TRECHO DO RIO
PARAIBUNA EM DIFERENTES PERÍODOS HIDROLÓGICOS
Nathália da Silva Resende; Iollanda I. P Josué; Vanessa Souza; Polônia C. Nunes; Nathan Barros; Simone J. Cardoso
(Universidade Federal de Juiz de Fora, Rua José Lourenço Kelmer, S/n - Martelos, Juiz de Fora - MG, 36036-330, natsresende@hotmail.com)
RESUMO
Reservatórios são sistemas artificiais que se destacam pelo abastecimento e geração de energia elétrica. Ao serem inseridos na paisagem, esses ecossistemas passam a responder ecologicamente a diferentes fatores ambientais e climáticos, bem como aos diferentes usos e ocupações da bacia de drenagem a qual estão inseridos. Neste cenário de alterações ambientais, a comunidade fitoplanctônica, por apresentar alta sensibilidade e rapidez em responder às variações ambientais, auxilia na compreensão da dinâmica dos ecossistemas aquáticos. O objetivo do presente estudo foi avaliar possíveis alterações na composição e diversidade da comunidade fitoplanctônica dos reservatórios de três PCHs entre os períodos de cheia e seca no ano de 2014. Foram avaliadas características limnológicas dos sistemas (pH, turbidez, oxigênio dissolvido, temperatura da água, concentração de clorofila-a, sólidos totais e nutrientes), bem como riqueza, composição e diversidade da comunidade fitoplanctônica através do índice de diversidade de Shannon-Wiener (H’) e equitabilidade de Pielou (J). Foram observadas alterações na riqueza e composição da comunidade fitoplanctônica entre os períodos amostrados. De maneira geral, o período de seca apresentou maior riqueza de espécies em relação ao período de cheia. A diversidade fitoplanctônica, entretanto, apresentou menores valores nos períodos de seca, e maior dominância de determinados grupos como Chrysophyceae e Cyanobacteria.
Palavras-chave: Diversidade fitoplanctônica; composição taxonômica; pequenas centrais hidrelétricas; riqueza de espécies. INTRODUÇÃO
Reservatórios hidrelétricos são sistemas artificiais de extrema importância para a manutenção e crescimento econômico de muitos países. No Brasil, esses ecossistemas estão sendo expandidos e atualmente contribuem com aproximadamente 85% da eletricidade produzida no país (Ministério De Minas E Energia 2013). As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) são usinas de pequeno porte cuja capacidade de geração elétrica é superior a 1MW e inferior a 30MW (ANEEL). As PCHs possuem reservatórios com área total igual ou menor que 3 km² e são consolidadas principalmente em rios de pequeno e médio porte (Portal, 2013). Estes ecossistemas, uma vez inseridos na paisagem, estão intimamente relacionados como o uso e ocupação do seu entorno, tamanho da área de drenagem e fatores climáticos (Calijuri 1999; Liu et al. 2003), cujas interações podem desencadear uma série de respostas no ambiente aquático e resultar em alterações de suas características físicas, químicas e biológicas.
O estudo das comunidades fitoplanctônicas auxilia na compreensão da dinâmica dos ecossistemas aquáticos, principalmente devido à sua sensibilidade e rapidez em responder às variações ambientais. (Calijuri 1999; Reynolds 2006). O fitoplâncton, definido como o conjunto de microrganismos fotossintetizantes adaptados a viver parcialmente ou continuamente em águas abertas (Reynolds 2006), possui importância no metabolismo dos ecossistemas aquáticos por contribuir de maneira significativa na produção primária, formando a base das redes tróficas aquáticas (Raymont 2014).
Conhecer a diversidade de espécies em uma determinada área ao longo do tempo é de extrema importância para compreender o funcionamento da mesma e a partir desse ponto, aperfeiçoar o gerenciamento do espaço em relação aos programas de conservação, exploração de recursos ou bem estar social. A diversidade de espécies fitoplanctônicas pode ser quantificada por diversos modos e é considerada como um aspecto relevante de comunidades naturais pelo seu papel na base da cadeia trófica. O índice de diversidade de Shannon-Wiener (H’) combina a riqueza de espécies e sua equitabilidade, ou seja, combina número de espécies presentes ao quão similar essas espécies estão representadas na comunidade.
Neste sentido, a compreensão de padrões de diversidade das comunidades fitoplanctônicas aliada ao inventário das abundâncias, ocorrências e funções ecológicas de suas espécies constituintes pode ser uma importante ferramenta para a compreensão da integridade ecológica destes ecossistemas. Logo, este estudo teve por objetivo compreender as relações entre a comunidade fitoplanctônica e seus principais fatores direcionadores (características limnológicas dos sistemas) em três Pequenas Centrais Hidrelétricas de um trecho do rio Paraibuna durante os períodos de cheia e seca do ano de 2014.
MATERIAL E MÉTODOS Área de Estudo
A rede amostral foi constituída de 16 pontos distribuídos entre montante e jusante das PCHs: Monte Serrat, Bonfante e Santa Fé (Tabela 1). Trata-se de um complexo de empreendimentos hidrelétricos localizado no rio Paraibuna entre os municípios Comendador Levy Gasparian e Três Rios, pertencentes ao estado do Rio de Janeiro, e os municípios de Simão Pereira e Chiador, pertencentes ao estado de Minas Gerais.
Tabela 1. Localização dos 16 pontos amostrais:
Reservatório Ponto amostral
M BS-01 672305 7566038 M BS-02 672641 7565317 M BS-03 674377 7564581 M BS-04 675030 7564004 M BS-05 675739 7563931 M BS-06 678497 7564780 M BS-07 678652 7565050 M BS-08 686607 7562241 M BS-09 689688 7562883 M BS-10 690323 7562446 M BS-11 691974 7562427 M BS-12 689966 7559471 M BS-13 689334 7558702 M BS-14 691419 7558441 M BS-15 690902 7556594 Coordenadas (UTM) M onte Serrat Bonfante Santa Fé
Amostragem e métodos analíticos
Foram realizadas amostragens nos períodos de cheia (março de 2014) e seca (setembro de 2014). A definição dos períodos deu-se com base nos dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) para a área amostrada. Em campo, foram mensurados os valores de pH, turbidez, oxigênio dissolvido (OD) e temperatura da água com o auxílio de uma sonda multiparâmetros (YSI 556). Alíquotas de água foram coletadas nos respectivos pontos, com frascos de polietileno, para posterior análise e determinação da concentração de clorofila a e sólidos totais. As análises de nutrientes, como silicatos (SiO3), ferro, fósforo total (TP) e ortofosfato (PO43-) e nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-) e clorofila-a, foram realizadas segundo a
metodologia proposta por APHA (1995).
As amostras para a análise da comunidade fitoplanctônica foram coletadas em subsuperfície (~30 cm) e posteriormente acondicionadas e preservadas com solução de lugol acético 1%. Em laboratório, análises das amostras foram feitas em microscopia invertida pelo método de Utermöhl (1958) e as identificações da comunidade fitoplanctônica foram realizadas por microscopia óptica de acordo com bibliografia adequada. Todas as análises
quantitativas e qualitativas da comunidade fitoplanctônica foram realizadas no Laboratório de Ficologia do Museu Nacional (UFRJ).
Uma análise de componentes principais (PCA) foi realizada para ilustrar a forma com que as amostras se relacionam em relação às variáveis ambientais, a partir do software CANOCO versão 4.5. Esta análise foi realizada para destacar as variáveis mais importantes para determinar gradientes espaciais para a comunidade fitoplanctônica. A comunidade fitoplanctônica foi categorizada em grandes grupos taxonômicos: Cyanobacteria,
Chrysophyceae, Bacillariophyceae, Cryptophyceae, Xantophyceae, Euglenophyceae,
Chlorophyceae e Zygnematophyceae de acordo com Hoek (1997), Round (1990) e Anagnostidis e Komárek (1990). O índice de diversidade de Shannon-Wiener (H’), que busca combinar atributos de riqueza de espécies e equitabilidade, foi calculado para melhor entender a distribuição das espécies no ambiente (Martins & Santos 1999; Hurlbert 1971; Peet 1974). O índice de equitabilidade de Pielou (J), baseado em H’, foi utilizado para estimativa da uniformidade da comunidade. Estas análises foram realizadas a partir do Microsoft Office Excel versão 2010.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O ambiente estudado apresentou uma acentuada variação nos valores de precipitação, de 95 mm no período de cheia a 4.9 mm no período de seca. A temperatura média variou de 22.75 °C no período de cheia e 20.99°C no período de seca. (figura 1) (INMET). Estas variações, por sua vez, promoveram alterações em algumas variáveis ambientais como, turbidez da água, concentração de nutrientes (p.ex. nitrato, ortofosfato, fósforo total, sólidos totais) e clorofila-a (Tabela 2).
Com base na PCA, que avaliou a distribuição dos pontos de coleta em relação às variáveis ambientais nos períodos de cheia e seca, os dois primeiros eixos apresentaram uma explicação de 71,4% do conjunto de dados (Figura 2). As amostragens referentes à primeira coleta (pontos 16 a 30) apresentaram-se mais dispersas, enquanto aqueles referentes ao período de cheia (pontos 1 a 15) ficaram restritos, em sua maioria, ao primeiro quadrante, explicado pelos maiores valores de turbidez, concentração de ferro e temperatura da água.
Com relação aos períodos de amostragem, o maior número de táxons foi registrado no período de seca, sendo Chlorophyceae, Bacillariophyceae e Cyanobacteria os grupos com maior número de espécies (Figura 3). O grupo Cyanobacteria, entretanto, apresentou um menor valor de táxons quando no período de cheia, quando comparado ao período de seca. Tal padrão, de maior riqueza fitoplanctônica em períodos de águas mais baixas e menor riqueza nas épocas de águas mais elevadas, também foi observado por Train & Rodrigues (1997), e pode estar relacionado à maior concentração de nutrientes nos períodos de águas baixas (Tabela 1).
Com relação à densidade fitoplanctônica, foram constatados elevados valores, no período de cheia para os grupos Bacillariophyceae (297 ind.mL-1), Cyanobacteria (109 ind.mL-1) e Chrysophyceae (185 ind.mL-1). No período de seca, os maiores valores encontrados foram referentes à Cyanobacteria (12.140 ind.mL-1), Chlorophyceae (569 ind.mL-1) e Bacillariophyceae (297 ind.mL-1), seguidos pelos menores valores que são Zygnemaphyceae (36 ind.mL-1) e Chrysophyceae (2 ind.mL-1). A grande contribuição de Cyanobacteria observada na seca pode ter sido causada pelas altas temperaturas e turbidez da água, uma vez que espécies deste grupo estão mais adaptadas a estas condições (Jardim et al, 2014). O grupo Chlorophyceae, que não teve ocorrência no período de cheia, apresentou valor representativo de densidade (569 ind.mL-1) no período de seca.
0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ja n /1 4 fe v /1 4 m a r/ 1 4 a b r/ 1 4 m a i/ 1 4 ju n /1 4 ju l/ 1 4 a g o /1 4 se t/ 1 4 o u t/ 1 4 n o v /1 4 d e z /1 4 T e m p e r a tu r a m é d ia (° C ) P r e c ip it a ç ã o m é d ia ( m m ) Mês
precipitação média mensal temperatura média mensal
Figura 8: Precipitação média mensal (mm) representada pelas colunas e temperatura média mensal (°C) representada pela linha tracejada, no ano de 2014. A seta azul indica o mês de cheia (março 2014) e seta vermelha indica o mês de seca (setembro 2014) estudado. Dados obtidos pela Estação Meteorológica de Observação de Superfície Automática de Juiz de Fora – MG (Fonte: INMET).
Tabela 2: Características limnológicas nos dois períodos amostrais, cheia e seca.
Cheia Seca Temperatura da água (ºC) 26.71 3 ± 1.222 23.952 ± 0.770 Oxigênio dissolvido (mg L-1) 6.189 ± 1.394 5.653 ± 1.108 pH 7.227 ± 0.787 7.182 ± 1.065 Turbidez (NTU) 21.08 ± 19.714 9.69 ± 6.674 NO3- (μg L-1) 0.75 ± 0.221 1.413 ± 0.015 NO2 (μg L-1) 0.002 ± 0.002 0.031 ± 0.015 NH4 (μg L-1) 0.196 ± 0.069 0.894 ± 1.409 PO4 (μg L-1) 0.027 ± 0.004 0.032 ± 0.012 PT (μg L-1) 0.037 ± 0.013 0.068 ± 0.023 Sólidos totais (mg L-1) 22.794 ± 3.173 31.853 ± 4.971 Fe (mg L-1) 0.0372 ± 0.449 0.068 ± 0.210 SiO3 (mg L -1 ) 11.093 ± 1.294 10.746 ± 0.794 Clorofila a (μg L-1) 1.082 ± 0.946 3.306 ± 6.139 Média ± Desvio Padrão
-0.6 1.0 -0 .6 1 .0 Temp pH Turb OD Sólidos NH4 NO3 SiO3 Fe Chl-a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Figura 2: Análise de componentes principais (PCA). Os círculos representam os pontos
amostrais no período de cheia (números de 1 a 15 – MBS01 a MBS15) e no período de seca (números de 16 a 30 – MBS1 a MBS15). pH: potencial hidrogeniônico; Turb: turbidez; OD: oxigênio dissolvido; Temp: temperatura; TP: fósforo total; PO4: ortofosfato; NH4: amônia; NO2: nitrito; NO3: nitrato, Fe: ferro; SiO3: silicatos; Chl-a: clorofila-a; Sólidos: sólidos totais. Eixo 1: 41,5% e Eixo 2: 29,9%.
0 10 20 30 40 Bacillariophyceae Cyanobacteria Chlorophyceae Cryptophyceae Zygnemaphyceae Dynophyceae Chrysophyceae
Riqueza de espécies ( táxon/amostra)
C la ss e s Cheia Seca
Figura 3: Riqueza de espécies total por classe taxonômica em cada período de amostragem (seca e cheia).
Os valores de diversidade Shannon para o período de cheia variaram de 1,39 bits.ind-1 a 3,34 bits.ind-1, com valor médio de 2,32 bits.ind-1. No período de seca, a diversidade Shannon inventariada variou de 0,51 bits.ind-1 a 3,21 bits.ind-1, com valor médio de 1,85 bits.ind-1 (Figura 4). Os valores de diversidade no período de cheia variaram de baixo (1 < H’ < 2) a alto (H’ > 3) e no período de seca variaram de muito baixo (H’ < 1) à alto (H’ > 3). Os valores de equitabilidade no período de cheia variaram de 0,20 a 0,69 com valor médio de
0,46. Em contrapartida, no período se seca, a equitabilidade variou de 0,05 a 0,42, com valor médio de 0,27. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 MB S -0 1 MB S -0 2 MB S -0 3 MB S -0 4 MB S -0 5 MB S -0 6 MB S -0 7 MB S -0 8 MB S -0 9 MB S -1 0 MB S -1 1 MB S -1 2 MB S -1 3 MB S -1 4 MB S -1 5 E q u it a p il id a d e d e P ie lo u ( J ') D iv e r s id a d e d e S h a n n o n ( H ') ( b it s .i n d -1)
Cheia (H') Seca(H') Cheia (J') Seca (J')
Figura 4: Diversidade de Shannon (H’), representada pelas colunas, e equitabilidade de
Pielou (J’), representada pelas linhas tracejadas, da comunidade fitoplanctônica das PCHs Monte Serrat, Bonfante e Santa Fé durante o período de cheia (março 2014) e seca (setembro 2014).
Desse modo, observa-se que a equitabilidade da comunidade fitoplanctônica nos dois períodos de amostragem foi de baixa à média, indicando a ocorrência de dominância de determinadas espécies da comunidade em relação às demais (Figura 4). No período de cheia, por exemplo, as espécies com maiores densidades médias foram Cryptomonas brasiliensis A.Castro, C.Bicudo & D.Bicudo (1992) e Nitzschia palea (Kützing) W.Smith (1856: 89). Enquanto que no período de seca, houve maior densidade média de Cryptomonas marssonii Skuja (1948) Skuja e da espécie de cianobactéria Aphanocapsa delicatissima West & G.S.West (1912). A relação entre densidade e diversidade fitoplanctônica já foi descrita, sugerindo que em elevadas densidades específicas (ocasionadas por poucas espécies dominantes) ocorre redução dos valores de diversidades (Margalef 1983), corroborando assim com nossos dados obtidos, que apontaram essa relação entre dominância de determinada espécie e índice de diversidade.
As algas do gênero Cryptomonas normalmente são grandes, de crescimento lento e suas populações costumam ser limitadas pela concentração de nutrientes e não pela pressão de predação (Klaveness 1988). Além disso, apresentam papel crucial no fluxo de carbono dos ecossistemas aquáticos. (Gasol et al.1993). A espécie Nitzschia palea é uma diatomácea que possui ampla distribuição em ambientes lênticos e lóticos e tem se mostrado uma boa indicadora da qualidade da água já que esta discrimina diferentes níveis de poluição nos cursos d’água (Trobajo et al. 2009). Por fim, o gênero Aphanocapsa normalmente está associado a águas claras e estagnadas, sofrendo algumas limitações geográficas que influenciam sua distribuição, além de sofrer limitações de crescimento por nitrogênio (Komárek, 1992). Várias espécies desse gênero são estudadas, porém o papel da espécie
Aphanocapsa delicatissima ainda é pouco conhecido.
CONCLUSÃO
Com este estudo, concluímos que a composição fitoplanctônica apresenta modificações entre os períodos amostrados, com aumento no número de espécies no período de seca. A diversidade fitoplanctônica, entretanto apresentou menores valores nos períodos de
seca, o que esteve relacionado a uma maior abundância de determinados grupos como Chrysophyceae e Cyanobacteria.
AGRADECIMENTOS
Este estudo foi patrocinado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) (bolsas de estudo para IIPJ e SJC), pelo Programa de Bolsas de Iniciação Científica (BIC/UFJF) (bolsas de estudo para NSR).
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