Effect of sediment composition on methane concentration and production in the transition zone of a mangrove (Sepetiba Bay, Rio de Janeiro, Brazil) / Efeito da composição do sedimento sobre a concentração e a produção do metano na zona de transição de um mangue tropical, na Baía de Sepetiba-RJ, Brasil

The aim of this research was to evaluate the effect of sediment composition on methane (CH4) dynamics in sediments of different areas in the transition zone between a mangrove and the sea. This research was conducted in a mangrove at Coroa Grande, on the southern coast of Rio de Janeiro. Samples were collected at three stations: (1) region colonised by Rhizophora mangle L. on the edge of the mangrove, (2) region colonised by seagrasses and (3) infra-littoral region without vegetation. Samples were collected from the surface layer of the sediment to determine the concentrations of nutrients (C, N and P) and CH4 concentration and production. We observed that concentrations of CH4 and carbon (C) were significantly higher (p < 0.05) in station 1 than station 3. The molar ratios (C:N, C:P and N:P) suggest that the origin of the substrate is mainly autochthonous. Methanogenesis was initially low, possibly due to competition between methanogens and sulfate reducers, and increased significantly (p < 0.05) on the twenty-sixth day in the sediment of station 1, probably due to higher organic matter (OM) availability in this region. Results indicate that methanogenic activity observed herein is not regulated by the amount or quality of OM, but by other factors. The concentration of CH4 in the sea-land ecotone at Mangrove Coroa Grande is a function of available OM suggesting a possible inhibition of methanotrophy by intense oxygen consumption in the soil surface covered by detritus of Rhizophora mangle vegetation.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar a dinâmica do metano (CH4) no sedimento em diferentes áreas na região de transição entre a borda do manguezal e o mar, em função da composição do sedimento. A pesquisa foi realizada no Manguezal de Coroa Grande, no litoral sul do Estado do Rio de janeiro. Foram coletadas amostras em três estações: (1) região colonizada por Rhizophora mangle L. na borda do mangue, (2) região colonizada por macrófitas, e (3) região sem vegetação, permanentemente inundada pelo mar. Foram coletadas amostras da fração superficial do sedimento para determinação da concentração de nutrientes (C, N e P), e da concentração e da produção de CH4. Foi observado que as concentrações de CH4 e carbono (C) foram significativamente maiores (p < 0,05) na estação 1, em relação à estação 3. Com relação às razões molares (C:N, C:P e N:P), estas indicam que a origem da composição do substrato é principalmente autóctone. Quanto à metanogênese, foram observados, inicialmente, baixos valores de CH4 produzido, indicando provável competição entre metanogênicos e sulfatorredutores. Seguiu-se, então, um significativo aumento (p < 0,05) da metanogênese no 26º dia, no sedimento da estação 1, provavelmente em função da maior disponibilidade de matéria orgânica (MO) nessa região. Os resultados mostram que a atividade metanogênica observada pela presente pesquisa não é regulada pela quantidade e a qualidade da MO e sim por outros fatores. A concentração de CH4 no ecótono mar-terra no manguezal de Coroa Grande, ocorre em função da MO disponível, sugerindo possível inibição da metanotrofia, em razão de intenso consumo de oxigênio na superfície do solo coberto pelo detrito da vegetação de Rhizophora mangle.

Temporal coherence among tropical coastal lagoons: a search for patterns and mechanisms

Temporal coherence (i.e., the degree of synchronicity of a given variable among ecological units within a predefined space) has been shown for several limnological features among temperate lakes, allowing predictions about the structure and function of ecosystems. However, there is little evidence of temporal coherence among tropical aquatic systems, where the climatic variability among seasons is less pronounced. Here, we used data from long-term monitoring of physical, chemical and biological variables to test the degree of temporal coherence among 18 tropical coastal lagoons. The water temperature and chlorophyll-a concentration had the highest and lowest temporal coherence among the lagoons, respectively, whereas the salinity and water colour had intermediate temporal coherence. The regional climactic factors were the main factors responsible for the coherence patterns in the water temperature and water colour, whereas the landscape position and morphometric characteristics explained much of the variation of the salinity and water colour among the lagoons. These results indicate that both local (lagoon morphometry) and regional (precipitation, air temperature) factors regulate the physical and chemical conditions of coastal lagoons by adjusting the terrestrial and marine subsidies at a landscape-scale. On the other hand, the chlorophyll-a concentration appears to be primarily regulated by specific local conditions resulting in a weak temporal coherence among the ecosystems. We concluded that temporal coherence in tropical ecosystems is possible, at least for some environmental features, and should be evaluated for other tropical ecosystems. Our results also reinforce that aquatic ecosystems should be studied more broadly to accomplish a full understanding of their structure and function.

A coerência temporal (i.e., o nível de sincronismo de uma dada variável ecológica entre unidades ecológicas) tem sido demonstrada para uma vasta gama de variáveis limnológicas em lagos de clima temperado, permitindo que predições sobre a estrutura e o funcionamento destes ecossistemas sejam realizadas. Entretanto, há pouca evidência da coerência temporal de variáveis limnológicas entre ecossistemas aquáticos tropicais, onde a variação climática é menos pronunciada entre as estações do ano. Neste estudo, utilizamos dados de longa duração do monitoramento de variáveis físicas, químicas e biológicas para testar a ocorrência de coerência temporal entre 18 lagoas costeiras tropicais. A temperatura da água e a concentração de clorofila-a apresentaram, respectivamente, a maior e a menor coerência temporal entre as lagoas, enquanto que a salinidade e a coloração da água apresentaram padrões intermediários. Fatores climáticos regionais foram os principais fatores responsáveis pelos padrões de coerência da temperatura e coloração da água, enquanto que a orientação em relação ao mar e as características morfométricas das lagoas explicaram boa parte da variação da salinidade e da coloração da água entre as lagoas. Estes resultados indicam que tanto fatores locais (morfometria) quanto regionais (precipitação, temperatura do ar) regulam as condições físicas e químicas das lagoas costeiras pela contribuição dos ecossistemas terrestre e marinho em uma escala da paisagem. Por outro lado, a concentração de clorofila-a é aparentemente limitada por condições locais específicas, resultando em um fraco padrão de coerência temporal entre as lagoas. Concluímos que a coerência temporal em ecossistemas tropicais é possível, pelo menos para algumas variáveis ambientais, e deve ser avaliada para outros ecossistemas. Nossos resultados também reforçam a ideia que ecossistemas aquáticos devem ser estudados em uma perspectiva mais ampla (e.g. de bacia de drenagem) para o completo entendimento da sua estrutura e funcionamento.