Implication of anaerobic and aerobic decomposition of Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. on the carbon cycling in a subtropical reservoir / Implicações da decomposição aeróbia e anaeróbia de Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. na ciclagem de carbono em um reservatório subtropical

This study aimed at describing kinetic aspects of aerobic and anaerobic mineralization of Eicchornia azurea. The samples of aquatic macrophyte and water were collected in the Monjolinho Reservoir (22° 00′ S and 47° 54′ W). To determine the leachate potential, dried plant fragments were added to reservoir water, with sampling lasting for 4 months, where the particulate and dissolved organic carbon concentrations were measured. The kinetics of mass loss was obtained with 10 mineralization chambers for both aerobic and anaerobic conditions, with the plant fragments and reservoir water. Two additional chambers were used to monitor the volume of gases produced from anaerobic mineralization, with bioassays to determine oxygen uptake. The results were fitted to a first-order kinetic model, from which 27.21% of detritus corresponded to labile/soluble fractions and 72.62% to the refractory fractions. The decay rates for the global mass losses of the labile/soluble components were 2.07 day–1. DOC mineralization was not verified for either condition. Under aerobic condition, the mass loss constant rate (0.0029 day–1) for the refractory fractions was 2.4 the value for the anaerobic one. Under anaerobic condition, the gases formation occurred in three phases. Based on these results, in the Monjolinho Reservoir, the decomposition of E. azurea that undergo within the water column and in upper layers of sediment is a faster process, favoring the mineralization. In contrast, in the lower layers of sediment the diagenetic processes (i.e. humus production and accumulation of organic matter) are favored.

Nesse estudo descreveram-se aspectos cinéticos da decomposição aeróbia e anaeróbia de Eichhornia azurea. As amostras da macrófita aquática e de água foram coletadas no reservatório do Monjolinho (22° 00′ S e 47° 54′ O). Para a determinação do potencial de lixiviação, adicionaram-se fragmentos de planta (previamente secos) em água do reservatório. Nos experimentos de decomposição, as amostragens foram realizadas durante 4 meses e quantificaram-se as frações particuladas e dissolvidas de carbono. Para descrever as cinéticas de perda de massa, para cada condição (aeróbia e anaeróbia) foram preparadas 10 incubações contento fragmentos de plantas e água do reservatório. A cada dia de amostragem as frações particuladas e dissolvidas de carbono orgânico foram quantificadas. Foram também preparadas 2 câmaras para registrar a formação de gases da degradação anaeróbia e o consumo de oxigênio na degradação aeróbia. Os resultados foram ajustados a um modelo cinético de 1ª ordem. Verificou-se que 27,21% dos detritos corresponderam à fração lábil/solúvel e 72,62% à refratária. O coeficiente global de perda de massa das frações lábeis/solúveis foi 2,07 dia–1. Nas duas condições não houve mineralização da matéria orgânica dissolvida. Na condição aeróbia, o coeficiente de perda de massa das frações refratárias (0,0029 dia–1) foi 2,4 vezes maior que o da anaeróbia. Para a condição anaeróbia observou-se que a formação de gases constituiu-se de três fases. Diante destes resultados, no reservatório do Monjolinho, os processos degradativos dos detritos de E. azurea que ocorrem tanto na coluna d'água quanto na superfície do sedimento são mais rápidos, favorecendo assim, a mineralizaçao; por outro lado, no sedimento os processos diagenéticos (i.e. humificação e o acúmulo de matéria orgânica) são favorecidos.

Anaerobic decomposition of a native and an exotic submersed macrophyte in two tropical reservoirs / Decomposicao anaerobica de uma macrofita submersa nativa e de uma exotica em dois reservatorios tropicais

Some aquatic plants have fast metabolism and growth, even at sub-optimal conditions, and become dominant in lentic environments such as large reservoirs, altering the nutrient cycle and impairing their environmental quality. There is great need in the knowledge impact processes of invasive species in aquatic environments, among the major, those related to the decomposition. This study evaluated the anaerobic decomposition of invasive submerged macrophytes Egeria densa Planch, native, and Hydrilla verticillata (L.f.) Royle, exotic in Porto Primavera and Jupiá reservoirs, Paraná basin. We evaluated the decay of organic matter, humification degree of the leached material, electrical conductivity and pH of the decomposition process. Mathematical models were utilised to describe the decomposition patterns over time. Both species showed the same heterogeneous pattern of decay of organic matter and carbon mineralisation. The models of carbon mineralisation, compared with the experimentally obtained data presented were adequate. Both species show no significant differences in the decomposition processes. Incubations of both species presented rapid t ½ for POC mineralisation and low DOC mineralisation.

Algumas plantas aquáticas apresentam rápido metabolismo e desenvolvimento, mesmo em condições subótimas, tornando-se dominantes em ambientes lênticos, como em grandes reservatórios, alterando o ciclo de nutrientes e depreciando a qualidade ambiental. Existe grande necessidade do conhecimento das vias de impacto de espécies invasoras em ambientes aquáticos; dentre as principais, apontam-se as vias de impacto relacionadas à decomposição. Este estudo avaliou a decomposição anaeróbia das macrófitas submersas invasoras Egeria densa Planch., nativa, e da Hydrilla verticillata (Lf) Royle, exótica, nos Reservatórios de Porto Primavera e Jupiá, Bacia do Rio Paraná. Foram avaliados os seguintes aspectos: a decomposição da matéria orgânica, o grau de humificação do material lixiviado e a condutividade elétrica e o pH do processo de decomposição. Modelos matemáticos foram utilizados para descrever os padrões de decomposição ao longo do tempo. Ambas as espécies apresentaram o mesmo padrão heterogêneo de decomposição da matéria orgânica e mineralização do carbono. Os modelos de mineralização do carbono, em comparação com os dados obtidos experimentalmente, apresentaram boa convergência. As espécies não apresentaram diferenças significativas entre si nos processos de decomposição. As incubações das duas espécies apresentaram t½ rápido para a mineralização do COP e baixo, para a mineralização do COD.

Q10 of heterotrophic activity during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa and its effect on carbon cycling in a tropical lagoon / Q10 da atividade heterotrófica durante a decomposição aeróbia de Utricularia breviscapa e seu efeito na ciclagem do carbono da lagoa do óleo

In this study the Q10 coefficients of heterotrophic activities were measured during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa Wright ex Griseb from Óleo lagoon (21° 36' S and 49° 47' W), Luiz Antonio, SP. The bioassays were set up with fragments of U. breviscapa and incubated with lagoon water at distinct temperatures (15.3, 20.8, 25.7 and 30.3 °C). Periodically for 95 days, the concentrations of dissolved oxygen were determined in the bioassays. The results of the temporal variation of dissolved oxygen were fitted to a first-order kinetic model. The stoichiometric relations were calculated on the basis of these fittings. In general, the results allowed us to conclude: i) the oxygen/carbon stoichiometric relations (O/C) varied in function of temperature and time. The temporal variations of the O/C observed in the decomposition of U. breviscapa, suggest that, in the initial phases of the process, low organic carbon concentrations were enough to generate great demands of oxygen, ii) the oxygen consumption coefficients (k d) presented low variation in function of increasing temperature, iii) the increment of the temperature induced a higher consumption of oxygen (COmax) and iv) the simulations indicate that during summer, temperature activates the metabolism of decomposing microbiota.

Neste estudo, foram discutidos os coeficientes Q10 das atividades heterotróficas durante a decomposição aeróbia de Utricularia breviscapa Wright ex Griseb da lagoa do Óleo (21° 36' S e 47° 49' O), Luiz Antônio, SP. Os bioensaios foram realizados com fragmentos de U. breviscapa e água da lagoa sendo incubados em diferentes temperaturas (15,3, 20,8, 25,7 e 30,3 °C). Periodicamente, por 95 dias, as concentrações de oxigênio dissolvido foram determinadas nos bioensaios. Os resultados da variação temporal de oxigênio dissolvido foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem. As relações estequiométricas foram calculadas com base nesses ajustes. De modo geral, os resultados permitiram concluir: i) as relações estequiométricas (O/C) variaram em função da temperatura e do tempo. As variações temporais dos coeficientes estequiométricos observadas na decomposição de U. breviscapa sugerem que, nas fases iniciais do processo, concentrações baixas de carbono orgânico são suficientes para gerar grandes demandas de oxigênio; ii) os coeficientes de consumo de oxigênio (k d) apresentaram baixa variação em função do incremento da temperatura; iii) o incremento da temperatura induziu um maior consumo de oxigênio (COmáx); e iv) as simulações indicaram que, durante o verão, a temperatura favoreceu o aumento do metabolismo da microbiota decompositora.