ABSTRACT
Abstract Satellite images are an effective tool for the detection of phytoplankton blooms, since they cause striking changes in water color. Bloom intensity can be expressed in terms of chlorophyll-a concentration. Previous studies suggest the use of Landsat TM4/TM3 reflectance ratio to retrieve surface chlorophyll-a concentration from aquatic systems. In this study we assumed that a remote sensing trophic state index can be applied to investigate how changes in HRT along the hydrologic year affect the spatial distribution of the phytoplankton blooms at Ibitinga’s reservoir surface. For that, we formulated two objectives: (1) apply a semi-empirical model which uses this reflectance ratio to map chlorophyll-a concentration at Ibitinga reservoir along the 2005 hydrologic year and (2) assess how changes in hydraulic residence time (HRT) affect the spatial distribution of phytoplankton blooms at Ibitinga Reservoir. The study site was chosen because previous studies reported seasonal changes in the reservoir limnology which might be related to the reservoir seasonality and hydrodynamics. Six Landsat/TM images were acquired over Ibitinga reservoir during 2005 and water flow measurements provided by the Brazilian Electric System National Operator - ONS were used to compute the reservoir´s residence time, which varied from 5.37 to 52.39 days during 2005. The HRT in the date of image acquisition was then compared to the distribution of chlorophyll-a in the reservoir. The results showed that the HRT increasing implies the increasing of the reservoir surface occupied by phytoplankton blooms.
Resumo As imagens de satélite são frequentemente usadas para a identificação de florações de fitoplâncton porque sua presença causa mudanças significativas na cor da água. A abundância das florações pode ser quantificada por medidas de concentração de clorofila-a. Diversos estudos sugerem o uso da razão de reflectância das bandas TM4/TM3 Landsat, para determinar as concentrações de clorofila-a em sistemas aquáticos. Este trabalho tem como objetivos: (1) aplicar um modelo semi-empírico que usa essa razão para mapear a concentração de clorofila-a no reservatório de Ibitinga ao longo do ano hidrológico de 2005; (2) avaliar como as mudanças no tempo de residência hidráulica afetaram a distribuição de florações na superfície do reservatório. O reservatório de Ibitinga foi selecionado porque estudos prévios indicavam mudanças sazonais nas propriedades limnológicas do reservatório, as quais poderiam estar relacionadas à sazonalidade e à hidrodinâmica. Seis imagens TM/Landsat foram adquiridas sobre o reservatório de Ibitinga durante o ano de 2005. Foi então usada uma tabela associando intervalos de razão de banda a intervalos de concentração de clorofila-a. Medidas de vazão fornecidas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS foram utilizadas para calcular o tempo de residência hidráulica do reservatório, que variou entre 5,37 e 52,39 dias durante 2005. O tempo de residência hidráulica em cada data de aquisição da imagem foi então comparado com a área ocupada pelas florações de fitoplancton. Os resultados indicaram uma forte relação entre o tempo de residência hidráulica e a área ocupada por florações. Em junho de 2005, quando o reservatório atingiu seu menor tempo de residência hidráulica, apenas 20% de sua área estiveram ocupadas por florações. Em setembro e outubro, quando a residência hidráulica atinge o seu máximo, mais que 80% da superfície do reservatório foram ocupadas por florações de fitoplancton.
Subject(s)
Phytoplankton/growth & development , Water/chemistry , Water Resources , Chlorophyll/analysis , Brazil , Chlorophyll AABSTRACT
Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic systems types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic systems types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.
Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.
ABSTRACT
Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic system’s types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic system’s types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.
Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.