ABSTRACT
Abstract Although Planktothrix agardhii often produces toxic blooms in eutrophic water bodies around the world, little is known about the fate of the organic matter released by these abundant Cyanobacteria. Thus, this study focused in estimating the bacterial consumption of the DOC and DON (dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen, respectively) produced by axenic P. agardhii cultures and identifying some of the bacterial OTUs (operational taxonomic units) involved in the process. Both P. agardhii and bacterial inocula were sampled from the eutrophic Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil). Two distinct carbon degradation phases were observed: during the first three days, higher degradation coefficients were calculated, which were followed by a slower degradation phase. The maximum value observed for particulate bacterial carbon (POC) was 11.9 mg L-1, which consisted of 62.5% of the total available DOC, and its mineralization coefficient was 0.477 day-1 (t½ = 1.45 days). A similar pattern of degradation was observed for DON, although the coefficients were slightly different. Changes in the OTUs patterns were observed during the different steps of the degradation. The main OTUs were related to the classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) and Gammaproteobacteria (3 OTUs). The genus Acinetobacter was the only identified organism that occurred during the whole process. Bacterial richness was higher at the slower degradation phase, which could be related to the small amounts of DOM (dissolved organic matter) available, particularly carbon. The kinetics of the bacterial degradation of P. agardhii-originated DOM suggests minimal loss of DOM from the Barra Bonita reservoir.
Resumo Embora Planktothrix agardhii frequentemente forme florações tóxicas em corpos dágua pelo mundo, pouco ainda se sabe sobre o destino da matéria orgânica liberada por essa abundante Cyanobacteria. Assim, este estudo foi focado na estimativa do consumo bacteriano do carbono orgânico dissolvido (DOC) e nitrogênio orgânico dissolvido (DON) produzido por culturas axênicas de P. agardhii e identificação de algumas das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) bacterianas envolvidas no processo. Ambos a linhagem de P. agardhii e o inóculo bacteriano foram amostrados do reservatório eutrófico de Barra Bonita (SP, Brasil). Foram observadas duas fases distintas da degradação do DOC: durante os três primeiros dias, coeficientes mais altos de degradação foram calculados, que foram então seguidos por uma fase mais lenta da degradação do carbono. O valor máximo calculado para o carbono bacteriano particulado (POC) foi de 11,9 mgL-1, o que equivale a aproximadamente 62,5% do DOC disponível para consumo, e o seu coeficiente de mineralização foi de 0,477 dia-1 (t1/2 = 1,45 dias). Um padrão similar de degradação foi observado para DON, embora os coeficientes sejam ligeiramente diferentes. Foram observadas mudanças nos padrões de OTUs durante os diferentes passos da degradação. As principais OTUs foram relacionadas às classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) e Gammaproteobacteria (3 OTUs). O gênero Acinetobacter foi o único organismo identificado que ocorreu durante todo o processo. A maior riqueza bacteriana foi observada durante a fase lenta de degradação, o que pode estar relacionado às pequenas quantidades de matéria orgânica dissovida (DOM) disponíveis, particularmente o carbono. A cinética da degradação bacteriana da MOD de P. agardhii, quando comparada ao tempo de retenção do reservatório, sugere que existe uma perda mínima após sua liberação em Barra Bonita.
ABSTRACT
The dynamics of aquatic macrophytes in intermittent rivers is generally related to the characteristics of the resistance and resilience of plants to hydrologic disturbances of flood and drought. In the semi-arid region of Brazil, intermittent rivers and streams are affected by disturbances with variable intensity, frequency, and duration throughout their hydrologic cycles. The aim of the present study is to determine the occurrence and variation of biomass of aquatic macrophyte species in two intermittent rivers of distinct hydrologic regimes. Their dynamics were determined with respect to resistance and resilience responses of macrophytes to flood and drought events by estimating the variation of biomass and productivity throughout two hydrologic cycles. Twenty-one visits were undertaken in the rewetting, drying, and drought phases in a permanent puddle in the Avelós stream and two temporary puddles in the Taperoá river, state of Paraíba, Northeast Brazil. The sampling was carried out by using the square method. Floods of different magnitudes occurred during the present study in the river and in the stream. The results showed that floods and droughts are determining factors in the occurrence of macrophytes and in the structure of their aquatic communities. The species richness of the aquatic macrophyte communities was lower in the puddles of the river and stream subject to flood events, when compared to areas where the run-off water is retained. At the beginning of the recolonization process, the intensity of the floods was decisive in the productivity and biomass of the aquatic macrophytes in the Taperoá river and the Avelós stream. In intermediate levels of disturbance, the largest values of productivity and biomass and the shortest time for starting the recolonization process occurred.
A dinâmica de macrófitas aquáticas em rios intermitentes está relacionada com as características de resistência e resiliência das plantas as perturbações hidrológicas da cheia e da seca. A região semi-árida do Brasil apresenta rios e riachos intermitentes, com ocorrência de eventos de perturbação em diferentes graus de intensidade, freqüência e duração ao longo de um ciclo hidrológico. O objetivo deste estudo foi determinar a ocorrência e variação de biomassa de espécies de macrófitas aquáticas em dois rios intermitentes de regime hidrológico distintos. A dinâmica foi determinada pelas respostas de resistência e resiliência das plantas aos eventos de cheia e de seca, através da variação da biomassa e produtividade ao longo de dois ciclos hidrológicos. Foram realizadas 21 visitas de campo durante as fases de reinundação, vazante e seca, em uma poça permanente localizada no riacho Avelós e duas poças temporárias no rio Taperoá, estado da Paraíba, Brasil. A amostragem foi feita de acordo com o método dos quadrados. Durante o estudo ocorreram cheias de diferentes magnitudes no rio e no riacho. Os resultados mostram a cheia e a seca como fatores determinantes na ocorrência e na estrutura da comunidade de macrófitas aquáticas. A riqueza da comunidade de macrófitas aquáticas foi menor nas poças do rio e riacho, sujeitos a eventos de cheia, quando comparada com a área de retenção de água, formada principalmente por escoamento superficial. A intensidade das cheias foi determinante no início da recolonização, na produtividade e na biomassa das espécies de macrófitas aquáticas no rio Taperoá e no riacho Avelós. Os maiores valores de produtividade, biomassa e o menor tempo para o início da recolonização ocorreram em níveis intermediários de perturbação.
ABSTRACT
Assays were carried out to evaluate effects of detritus size on the mineralization of an aquatic macrophyte, the Oxycaryum cubense. Samples of plant and water were collected from an oxbow lake, the Infernão lagoon (21° 35' S and 47° 51' W) located at Mogi Guaçu river floodplain. The plants were taken to the laboratory, washed under tap water, dried (50 °C) and fractioned into six groups according to their size, viz. 100, 10, 1.13, 0.78, 0.61 and 0.25 mm. Decomposition chambers were prepared by adding 1.0 g of plant fragments to 4.1 L of water lagoon. In sequence, the incubations were aerated and the concentrations of dissolved oxygen, the pH, the electric conductivity and the temperature were monitored for 120 days. The occurrence of anaerobic processes was avoided by reoxygenating the solutions. The experimental results were fitted to a first order kinetic model and the consumption of dissolved oxygen from mineralization processes was obtained. The physical process of fragmentation of O. cubense detritus is unlikely to promote the consumption of higher quantities of dissolved oxygen in mineralization processes meaning that fragmentation should not interfere in the balance of DO in this aquatic system, however fragmentation processes favored the acidification and increased the liberation of dissolved ions from the Infernão lagoon.
Ensaios foram realizados para avaliar os efeitos de tamanho dos detritos na mineralização de uma macrófita aquática, a Oxycaryum cubense. Foram coletadas amostras de planta e de água de uma lagoa marginal, a lagoa do Infernão (21° 35' S e 47° 51' W), localizada na planície de inundação do rio Mogi Guaçu. As plantas foram levadas ao laboratório, lavadas em água corrente, secas (50 °C) e fracionadas em seis grupos de acordo com o tamanho: 100, 10, 1,13, 0,78, 0,61 e 0,25 mm. Foram preparadas câmaras de decomposição adicionando aproximadamente 1,0 g de fragmentos de planta em 4,1 L de água da lagoa. Na seqüência, as incubações foram aeradas e as concentrações de oxigênio dissolvido, o pH, a condutividade elétrica e a temperatura foram monitorados durante 120 dias. A ocorrência de processos de anaeróbios foi evitada por reoxigenação das soluções. Os resultados experimentais foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem e o consumo de oxigênio dissolvido decorrente da mineralização foi obtido. De maneira geral, o processo físico de fragmentação não tende a envolver maiores quantidades de oxigênio durante a mineralização aeróbia dos detritos, significando que a fragmentação não interfere no balanço de oxigênio dissolvido deste sistema aquático; entretanto favoreceu a acidificação e também a liberação de íons dissolvidos na lagoa do Infernão.
ABSTRACT
Assays were carried out to evaluate the dissolved oxygen uptake resulting from mineralization of humic substances (fulvic acid (FA) and humic acid (HA)) from different sources: sediment, dissolved organic matter (DOM) of 120-day decomposed aquatic macrophyte (Scirpus cubensis and Cabomba piauhyensis), and lagoon DOM. The experiments were also aimed at estimating the oxygen uptake coefficient of the mineralization. About 20-30 mg of substrate were added to 1.1 liters of water from Infernão Lagoon (21º33' to 21º37'S; 47º45' to 47º51'W). The solutions were aerated and the dissolved oxygen (DO) was monitored during 40 days. Dissolved organic carbon (DOC) and particulate organic carbon (POC) were estimated after 80 days of the experiment. Anaerobic processes were avoided by aerating the solutions. The results were fitted to a first-order kinetics model, from which the uptake of oxygen parameters was obtained. Oxygen consumption (OC) ranged from 4.24 mg L-1 (HA - S. cubensis) to 33.76 mg L-1 (FA - sediment). The highest deoxygenation coefficient (kD) was observed during mineralization of FA - DOM (0.299 day-1), followed in decreasing order by FA - S. cubensis, HA - sediment, HA - S. cubensis, FA - sediment, and FA - C. piauhyensis (0.282; 0.255; 0.178; 0.130, and 0.123 day-1, respectively). The carbon analyses indicated that the FA and HA samples at the end of the experiment presented a decay that varied from 15.23% to 42.35% and that the FA and HA conversions into POC were relatively low (from 0.76% to 3.94%).
Foram realizados ensaios a fim de avaliar o consumo de oxigênio dissolvido resultante da mineralização de substâncias húmicas (ácido fúlvico - AF e ácido húmico - AH) provenientes de diferentes fontes: sedimento, matéria orgânica dissolvida (MOD) resultante de 120 dias de degradação de macrófitas aquáticas (Scirpus cubensis e Cabomba piauhyensis) e MOD da lagoa do Infernão. O experimento também teve por objetivo estimar os coeficientes de consumo de oxigênio durante a mineralização. Cerca de 20-30 mg de substratos foram adicionados a 1,1 litro de água da lagoa do Infernão (21º33' a 21º37'S; 47º45' a 47º51'W). As soluções foram aeradas e o oxigênio dissolvido (OD) foi monitorado durante 40 dias. O carbono orgânico dissolvido (COD) e o particulado (COP) foram estimados após 80 dias. Os processos anaeróbios foram evitados aerando-se as soluções. Os resultados foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem e os parâmetros do consumo de oxigênio foram obtidos. O consumo de oxigênio (CO) variou de 4,24 mg L-1 (AH - S. cubensis) a 33,76 mg L-1 (AF - sedimento). O coeficiente de desoxigenação mais elevado (kD) foi observado durante mineralização do AF - MOD (0,299 dia-1), seguido em ordem decrescente: AF - S. cubensis, AH - sedimento, AH - S. cubensis, AF - sedimento e AF - C. piauhyensis (0,282; 0,255; 0,178; 0,130; e 0,123 dia-1, respectivamente). As análises de carbono indicaram que o AF e o AH ao final do experimento apresentaram decaimento de 15,23% a 42,35% e que as conversões de AF e de AH em COP foram relativamente baixas (0,76% a 3,94%).
ABSTRACT
An investigation was made on the effects of detritus particle size on leaching rates in organic matter, and the associated environmental changes caused by detritus re-cycling in an oxbow lake (Lagoa do Infernão). Experiments were conducted during the decay of an aquatic macrophyte specie, S. cubensis, which in turn led to the formation of colored compounds. The S. cubensis were collected from the Lagoa do Infernão and taken to the laboratory where they were washed, dried, and fractionated using a sieve pedological set. The detritus was classified into six groups according to size, viz. 100, 10, 1.13, 0.78, 0.61, and 0.25 mm. Overall, the fragmentation process tended to increase the detritus fraction to be dissolved and to decrease the leaching rates owing to the possible dissolution of refracting matter. Fragmentation also caused the amount of colored compounds to increase and appeared to favor dissolved electrolyte release. Finally, in Lagoa do Infernão fragmentation is probably mediated by the metabolic action of benthic communities.
Foram realizados estudos a fim de verificar os efeitos do tamanho de partícula dos fragmentos nos coeficientes de lixiviação da matéria orgânica e as mudanças, associadas ao ambiente, causadas pela ciclagem de detritos em uma lagoa marginal (lagoa do Infernão). Os experimentos foram desenvolvidos durante a decomposição de uma espécie de macrófita aquática, Scirpus cubensis, que também gerou compostos coloridos. Os exemplares de S. cubensis foram coletados na lagoa do Infernão e levados ao laboratório, onde foram lavados, secos e fracionados em um conjunto de peneiras pedológicas. Os detritos foram classificados em seis grupos, de acordo com o tamanho: 100, 10, 1,13, 0,78, 0,61 e 0,25 mm. No geral, o processo de fragmentação tendeu a incrementar a fração do detrito a ser dissolvida e diminuir os coeficientes de lixiviação, em razão de possível dissolução da matéria orgânica refratária. A fragmentação também favoreceu a formação de compostos coloridos e a liberação de eletrólitos dissolvidos. Na lagoa do Infernão, a fragmentação, provavelmente, é mediada pela ação metabólica da comunidade bentônica.
ABSTRACT
Assays were carried out to evaluate the consumption of dissolved oxygen resulting from mineralisation processes in resources usually found in aquatic systems. They were also aimed at estimating the oxygen uptake rate of each investigated process. Experiments were conducted using substrates from 3 different places. A fixed amount of substrate was added to 5 litres of water from Lagoa do Infernão that was previously filtered with glass wool. After adding the substrates the bottles were aired and the amount of dissolved oxygen and the temperature were monitored for 55 days. The occurrence of anaerobic processes was avoided by reoxygenating the bottles. The experimental results were fitted to a first order kinetics model, from which the consumption of dissolved oxygen owing to mineralisation processes was obtained. The amount of oxygen uptake from the mineralisation processes appeared in the following decreasing order: Wolffia sp., Cabomba sp., Lemna sp., DOM (Dissolved Organic Matter), Salvinia sp., Scirpus cubensis, stem, Eichhornia azurea, sediment and humic compounds. The deoxygenation rates (day-1) were: 0.267 (humic compounds), 0.230 (Lemna sp.), 0.199 (E. azurea), 0.166 (S. cubensis), 0.132 (sediment), 0.126 (DOM), 0.093 (Cabomba sp.), 0.091 (stem), 0.079 (Salvinia sp. and Wolffia sp.). From these results, 2 groups of resources could be identified: the first one consists of detritus with higher amounts of labile (ready to use) compounds, which show a higher global oxygen uptake during the mineralisation process; the second one consists mainly of resources that show refracting characteristics. However, when the consumption rates are analysed it is noted that the mineralised parts of the refracting substrates can be easier to process than the labile fractions of the less refracting resources.
Os ensaios visaram avaliar os consumos de oxigênio dissolvido (OD) decorrentes da mineralização de recursos usualmente presentes nos sistemas aquáticos e estimar os coeficientes de utilização de oxigênio dos processos. Para tanto, as amostras dos recursos foram colhidas em 3 locais diferentes. Os ensaios foram preparados a partir da adição de 100 mg (peso seco) de cada tipo de recurso em 5 litros de água da Lagoa do Infernão. Após a adição dos substratos, os frascos foram aerados e durante 55 dias foram determinados os teores de oxigênio dissolvido e a temperatura. A ocorrência de processos anaeróbios foi evitada por meio da reoxigenação periódica dos frascos. Após os ajustes dos resultados a um modelo cinético (de 1ª ordem), obteve-se a seguinte ordem no que se refere à utilização de OD devido à mineralização: Wolffia sp., Cabomba sp., Lemna sp., MOD, Salvinia sp., Scirpuscubensis, fuste, Eichhorniaazurea, sedimento e compostos húmicos. Os valores obtidos para os coeficientes de consumo (dia-1) foram: 0,267 (compostos húmicos), 0,230 (Lemna sp.), 0,199 (E. azurea), 0,166 (S. cubensis), 0,132 (sedimento), 0,126 (MOD), 0,093 (Cabomba sp.), 0,091 (fuste), 0,079 (Salvinia sp. e Wolffia sp.). Com base nesses resultados identificaram-se 2 grupos de recursos, o primeiro constituído por detritos com maior quantidade de compostos lábeis, que apresentam maior consumo global de oxigênio durante a mineralização, e o segundo grupo constituído por detritos com características refratárias. No entanto, ao considerar os coeficientes de consumo verificou-se que as porções mineralizadas dos substratos tidos como refratários podem ser mais facilmente processadas que as frações lábeis dos recursos menos refratários.
ABSTRACT
In order to describe the transformations of tannic acid during its degradation (under aerobic and anaerobic conditions) incubations were performed. To evaluate the oxygen consumption, the tannic acid was added to 1 L of water sample from Monjolinho's reservoir (22º00'S and 47º54'W); these solutions were aerated and the dissolved oxygen was monitored for 16 days, the anaerobic process was avoided. For the anaerobic and aerobic degradation, the dissolved organic carbon and the acid tannic concentrations were estimated on the samples days. The results were fitted to first-order kinetic model, being possible to verify that during the 16 days the oxygen uptake was 3.6 mg.L-1, the deoxygenation rate (kD)of this process was 0.39 day-1. The degradation coefficients were calculated through the decay of the tannic acid and organic carbon concentrations. In the aerobic process, the global decay coefficient (kG) was 0.36 day-1 and in the anaerobic 0.28 day-1. Overall, the obtained degradation coefficients suggest that the bacterioplankton of the Monjolinho's reservoir possess a high capacity of polyphenols degradation.
Tendo em vista descrever as transformações do ácido tânico durante sua degradação (sob condições aeróbias e anaeróbias), foram realizadas incubações. Para estimar o consumo de oxigênio, o ácido tânico foi adicionado a 1 L de amostra de água do reservatório do Monjolinho (22º00'S e 47º54'W); essas soluções foram aeradas e o oxigênio dissolvido foi monitorado durante 16 dias, sendo evitado o processo de anaerobiose. Para a degradação anaeróbia e aeróbia, as concentrações de carbono orgânico dissolvido e de ácido tânico foram periodicamente estimadas. Os resultados foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem, sendo possível verificar que durante os 16 dias de experimento o consumo de oxigênio foi 3,6 mg.L-1, apresentando coeficiente de desoxigenação (kD) de 0,39 dia-1. Os coeficientes de degradação foram calculados por intermédio dos decréscimos das concentrações de ácido tânico e de carbono orgânico. No processo aeróbio, o coeficiente global de decaimento (kG) foi de 0,36 dia-1 e, no anaeróbio, de 0,28 dia-1. De maneira geral, os coeficientes de degradação obtidos sugerem que o bacterioplâncton do reservatório do Monjolinho possui capacidade elevada de degradação de polifenóis.