Spatial patterns of water quality in Xingu River Basin (Amazonia) prior to the Belo Monte dam impoundment

Abstract The Xingu River, one of the most important of the Amazon Basin, is characterized by clear and transparent waters that drain a 509.685 km2 watershed with distinct hydrological and ecological conditions and anthropogenic pressures along its course. As in other basins of the Amazon system, studies in the Xingu are scarce. Furthermore, the eminent construction of the Belo Monte for hydropower production, which will alter the environmental conditions in the basin in its lower middle portion, denotes high importance of studies that generate relevant information that may subsidize a more balanced and equitable development in the Amazon region. Thus, the aim of this study was to analyze the water quality in the Xingu River and its tributaries focusing on spatial patterns by the use of multivariate statistical techniques, identifying which water quality parameters were more important for the environmental changes in the watershed. Data sampling were carried out during two complete hydrological cycles in twenty-five sampling stations. The data of twenty seven variables were analyzed by Spearman's correlation coefficients, cluster analysis (CA), and principal component analysis (PCA). The results showed a high auto-correlation between variables (> 0.7). These variables were removed from multivariate analyzes because they provided redundant information about the environment. The CA resulted in the formation of six clusters, which were clearly observed in the PCA and were characterized by different water quality. The statistical results allowed to identify a high spatial variation in the water quality, which were related to specific features of the environment, different uses, influences of anthropogenic activities and geochemical characteristics of the drained basins. It was also demonstrated that most of the sampling stations in the Xingu River basin showed good water quality, due to the absence of local impacts and high power of depuration of the river itself.

Resumo O rio Xingu, um dos mais importantes rios que constituem a bacia amazônica, é caracterizado por águas claras e transparentes que drenam uma bacia hidrográfica de 509,685 km2 com distintas condições hidrológicas, ecológicas e pressões antrópicas ao longo de seu percurso. Assim como nas demais bacias hidrográficas da Amazônia, os estudos no Xingu são raros. A eminente construção da Usina hidrelétrica de Belo Monte, a qual alterará as condições ambientais na bacia, demanda também a realização de estudos que gerem informações relevantes e que forneçam subsídios para um desenvolvimento mais equilibrado e igualitário região amazônica. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi analisar a qualidade de água no rio Xingu e em seus tributários focando em padrões espaciais na área de estudo pelo uso de técnicas de estatística multivariada, identificando quais parâmetros são mais relevantes nas condições de qualidade de água na bacia hidrográfica. As coletas de dados ocorreram durante dois ciclos hidrológicos completos em vinte e cinco estações de amostragem. Os dados de vinte e sete variáveis foram analisados pelos coeficientes de correlação de Spearman, análise Cluster (CA), e análise de componentes principais (PCA). Os resultados apontaram para um elevado contingente de variáveis com elevada correlação entre si (>0,7), sendo que estas altas variáveis foram retiradas das análises multivariadas por fornecerem informações ecológicas redundantes sobre o ambiente estudado. A CA resultou na formação de 6 agrupamentos, os quais foram observados por possuírem qualidade de água consideravelmente distintas pela PCA. Os resultados estatísticos permitiram identificar uma alta variação espacial da qualidade de água superficial na bacia estudada, sendo estas ocasionadas por especificidades do entorno, diferentes usos da água locais, influências de atividades antrópicas e características geoquímicas das bacias drenadas. Pode-se também evidenciar que em grande parte das estações de coleta na bacia do rio Xingu a qualidade de água superficial foi elevada, decorrente da ausência de impactos locais e do alto poder de depuração do rio.

Spatial patterns of water quality in Xingu River Basin (Amazonia) prior to the Belo Monte dam impoundment / Padrões espaciais de qualidade de água na Bacia do Rio Xingu (Amazônia) anteriores a barragem de Belo Monte

Abstract The Xingu River, one of the most important of the Amazon Basin, is characterized by clear and transparent waters that drain a 509.685 km2 watershed with distinct hydrological and ecological conditions and anthropogenic pressures along its course. As in other basins of the Amazon system, studies in the Xingu are scarce. Furthermore, the eminent construction of the Belo Monte for hydropower production, which will alter the environmental conditions in the basin in its lower middle portion, denotes high importance of studies that generate relevant information that may subsidize a more balanced and equitable development in the Amazon region. Thus, the aim of this study was to analyze the water quality in the Xingu River and its tributaries focusing on spatial patterns by the use of multivariate statistical techniques, identifying which water quality parameters were more important for the environmental changes in the watershed. Data sampling were carried out during two complete hydrological cycles in twenty-five sampling stations. The data of twenty seven variables were analyzed by Spearman's correlation coefficients, cluster analysis (CA), and principal component analysis (PCA). The results showed a high auto-correlation between variables (> 0.7). These variables were removed from multivariate analyzes because they provided redundant information about the environment. The CA resulted in the formation of six clusters, which were clearly observed in the PCA and were characterized by different water quality. The statistical results allowed to identify a high spatial variation in the water quality, which were related to specific features of the environment, different uses, influences of anthropogenic activities and geochemical characteristics of the drained basins. It was also demonstrated that most of the sampling stations in the Xingu River basin showed good water quality, due to the absence of local impacts and high power of depuration of the river itself.

Resumo O rio Xingu, um dos mais importantes rios que constituem a bacia amazônica, é caracterizado por águas claras e transparentes que drenam uma bacia hidrográfica de 509,685 km2 com distintas condições hidrológicas, ecológicas e pressões antrópicas ao longo de seu percurso. Assim como nas demais bacias hidrográficas da Amazônia, os estudos no Xingu são raros. A eminente construção da Usina hidrelétrica de Belo Monte, a qual alterará as condições ambientais na bacia, demanda também a realização de estudos que gerem informações relevantes e que forneçam subsídios para um desenvolvimento mais equilibrado e igualitário região amazônica. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi analisar a qualidade de água no rio Xingu e em seus tributários focando em padrões espaciais na área de estudo pelo uso de técnicas de estatística multivariada, identificando quais parâmetros são mais relevantes nas condições de qualidade de água na bacia hidrográfica. As coletas de dados ocorreram durante dois ciclos hidrológicos completos em vinte e cinco estações de amostragem. Os dados de vinte e sete variáveis foram analisados pelos coeficientes de correlação de Spearman, análise Cluster (CA), e análise de componentes principais (PCA). Os resultados apontaram para um elevado contingente de variáveis com elevada correlação entre si (>0,7), sendo que estas altas variáveis foram retiradas das análises multivariadas por fornecerem informações ecológicas redundantes sobre o ambiente estudado. A CA resultou na formação de 6 agrupamentos, os quais foram observados por possuírem qualidade de água consideravelmente distintas pela PCA. Os resultados estatísticos permitiram identificar uma alta variação espacial da qualidade de água superficial na bacia estudada, sendo estas ocasionadas por especificidades do entorno, diferentes usos da água locais, influências de atividades antrópicas e características geoquímicas das bacias drenadas. Pode-se também evidenciar que em grande parte das estações de coleta na bacia do rio Xingu a qualidade de água superficial foi elevada, decorrente da ausência de impactos locais e do alto poder de depuração do rio.

Feeding habits of the congeneric species Stellifer rastrifer and Stellifer brasiliensis (Acanthopterygii: Sciaenidae) co-occurring in the coast of the state of Santa Catarina, Brazil / Hábitos alimentares das espécies congêneres Stellifer rastrifer e Stellifer brasiliensis (Acanthopterygii: Sciaenidae) co-ocorrendo na costa do estado de Santa Catarina, Brasil

The objective of the present study was to investigate the feeding habits allowing the occurrence of the congeneric species Stellifer rastrifer and Stellifer brasiensis, collected on a seasonal basis, in the operating area of the artisanal seabob-shrimp trawl fishery in Porto Belo, an important fishing area on the southern Brazilian coast. Fish were collected seasonally from November 2009 to August 2010, in isobaths of 10, 20 and 30m. Of the 450 stomachs analyzed, 194 belongd to Stellifer rastrifer and 242 to Stellifer brasiliensis. From the totality of analyzed stomachs 33.49% were empty and 66.52% had some content. Crustacea were the predominant food category in the diet of S. rastrifer and S. brasiliensis, and the shrimp Acetes americanus was the most frequent crustacean in stomachs of both studied species. The overlapping in the diet of the species was high, however when analyzing the overlap in each season it was found that it occurred only during spring and winter. Although the most important items in the diet of these species are the same, the intake of each alternates in time, suggesting a difference in predation pressure, which leads to less direct competition in a given time.

O objetivo do presente estudo foi investigar os hábitos alimentares que possibilitam a ocorrência das espécies congêneres Stellifer rastrifer e Stellifer brasiensis, coletados sazonalmente, na área operacional da pesca artesanal do camarão sete-barbas, em Porto Belo, uma área de pesca importante na costa sul do Brasil. Os peixes foram coletados sazonalmente de novembro de 2009 a agosto de 2010, em isóbatas de 10, 20 e 30m. Dos 450 estômagos analisadas, 194 eram de S. rastrifer e 242 de S. brasiliensis. Da totalidade dos estômagos analisados 33,49% estavam vazios enquanto 66,52% tinham algum conteúdo. Crustacea foi a categoria de alimento predominante na dieta, e o camarão Acetes americanus foi o crustáceo mais freqüente nos estômagos de ambas as espécies. A sobreposição na dieta foi alta, porém a cada estação do ano, verificou-se que a sobreposição ocorreu apenas durante a primavera e o inverno. Embora os itens mais importantes na dieta destas espécies sejam os mesmos, o consumo de cada um é alternado no tempo, o que sugere uma diferença na pressão de predação, levando a uma menor competição direta em um determinado momento.

Alterations in land uses based on amendments to the Brazilian Forest Law and their influences on water quality of a watershed / Alterações na utilização dos solos com base proposições do novo Código Florestal Brasileiro e suas influências na qualidade da água de uma bacia hidrográfica

The amendments to the Forest Law proposed by the Brazilian government that allow partial substitution of forested areas by agricultural activities raised deep concern about the integrity of aquatic ecosystems. To assess the impacts of this alteration in land uses on the watershed, diffuse loads of total nitrogen (Nt) and total phosphorus (Pt) were estimated in Lobo Stream watershed, southeastern Brazil, based on export coefficients of the Model of Correlation between Land Use and Water Quality (MQUAL). Three scenarios were generated: scenario 1 (present scenario), with 30-meter-wide permanent preservation areas along the shore of water bodies and 50-meter-radius in springs; scenario 2, conservative, with 100-meter-wide permanent preservation areas along water bodies; and scenario 3, with the substitution of 20% of natural forest by agricultural activities. Results indicate that a suppression of 20% of forest cover would cause an increase in nutrient loads as well as in the trophic state of aquatic ecosystems of the watershed. This could result in losses of ecosystem services and compromise the quality of water and its supply for the basin. This study underlines the importance of forest cover for the maintenance of water quality in Lobo Stream watershed.

As alterações no novo Código Florestal propostas pelo governo brasileiro (Lei número 4.771/65, de 15 de Setembro de 1965), o qual permite a substituição parcial de áreas de florestas para atividades agrícolas, levantou profunda preocupação com a integridade dos ecossistemas aquáticos. Para avaliar tais alterações no uso da terra propostas pelo novo código, as cargas difusas de nitrogênio total (Nt) e fósforo total (Pt) foram estimadas na bacia hidrográfica do Ribeirão do Lobo, sudeste do Brasil, com base em coeficientes de exportação do Modelo de Correlação entre Uso do Solo e Qualidade da Água (MQUAL). Três cenários foram simulados com o modelo: cenário 1 (cenário atual), com 30 metros de áreas de proteção permanente ao longo da margem dos corpos d'água e 50 metros de raio a partir do curso de água; cenário 2, conservador, com áreas de preservação permanente de 100 metros de largura ao longo a margem de corpos d’água; e cenário 3, a substituição de 20% da floresta natural por terras agrícolas. Os resultados indicam que a supressão de 20% da cobertura vegetal na bacia hidrográfica aumentaria as cargas de nutrientes e consequentemente a trofia dos ambientes aquáticos da bacia, podendo resultar em perdas de serviços ambientais e comprometer a qualidade e o abastecimento de água na bacia hidrográfica. O presente estudo evidencia a importância da vegetação para a manutenção da qualidade da água na bacia hidrográfica do ribeirão do Lobo.

An assessment of oceanic seabird abundance and distribution off the southern Brazilian coast using observations obtained during deep-water fishing operations

The use of discarded fish over baited hooks used in longline fishery, and fish caught in gillnets, as a food source for gulls, albatrosses and petrels has been intensively studied in northern and southern oceans. This study describes the occurrence and abundance of seabirds observed from 20 foreign vessels which operated during the period between July 2001 and May 2005, off the southeastern and southern Brazilian coast. A total of 353,557 seabirds were observed; comprising eight families and 28 species. The most abundant species was Procellaria conspicillata followed by Daption capense, Puffinus gravis, Thalassarche melanophrys and Oceanites oceanicus. Ten species of seabirds (392 individual birds) were incidentally captured in gillnets; and 122 birds (9 species) by longline hooks, with P. gravis, D. capense and Procellaria aequinoctialis having the largest capture rates.

A utilização dos descartes sobre as iscas dos anzóis em pescarias de espinheis e peixes capturados por redes de deriva como fonte de alimento por gaivotas, petréis e albatrozes têm sido intensamente estudados nos Oceanos Norte e Sul. Este trabalho tem como objetivo registrar a ocorrência e abundância das aves marinhas observadas a partir de 20 embarcações estrangeiras arrendadas que atuaram durante o período de julho de 2001 a maio de 2005 na costa sudeste-sul do litoral brasileiro. Foi registrada a ocorrência de 353.557 aves marinhas distribuídas em oito famílias e 28 espécies, com a maior participação de Procellaria conspicilatta, seguido de Daption capense, Puffinus gravis, Thalassarche melanophrys e Oceanites oceanicus. Foram capturadas incidentalmente 392 exemplares de aves marinhas pelas redes de emalhe e 122 pelos anzóis dos espinhéis, distribuídos em dez e nove espécies, respectivamente, com as maiores taxas de captura sobre P. gravis, D. capense e Procellaria aequinoctialis. Este estudo mostra uma pequena parcela das aves capturadas no litoral brasileiro, uma vez que as embarcações fiscalizadas representam a minoria das que estão em atividade. O acompanhamento de Observadores de bordo capacitados deve ser intensificado para avaliar o impacto das pescarias nas populações de aves marinhas, bem como implementar ações para diminuir suas capturas.

An assessment of oceanic seabird abundance and distribution off the southern Brazilian coast using observations obtained during deep-water fishing operations / Uma avaliação da abundância de aves marinhas oceânicas e distribuição do Sudeste e Sul do Brasil a partir de observações durante operações de pesca em águas profundas.

The use of discarded fish over baited hooks used in longline fishery, and fish caught in gillnets, as a food source for gulls, albatrosses and petrels has been intensively studied in northern and southern oceans. This study describes the occurrence and abundance of seabirds observed from 20 foreign vessels which operated during the period between July 2001 and May 2005, off the southeastern and southern Brazilian coast. A total of 353,557 seabirds were observed; comprising eight families and 28 species. The most abundant species was Procellaria conspicillata followed by Daption capense, Puffinus gravis, Thalassarche melanophrys and Oceanites oceanicus. Ten species of seabirds (392 individual birds) were incidentally captured in gillnets; and 122 birds (9 species) by longline hooks, with P. gravis, D. capense and Procellaria aequinoctialis having the largest capture rates.

A utilização dos descartes sobre as iscas dos anzóis em pescarias de espinheis e peixes capturados por redes de deriva como fonte de alimento por gaivotas, petréis e albatrozes têm sido intensamente estudados nos Oceanos Norte e Sul. Este trabalho tem como objetivo registrar a ocorrência e abundância das aves marinhas observadas a partir de 20 embarcações estrangeiras arrendadas que atuaram durante o período de julho de 2001 a maio de 2005 na costa sudeste-sul do litoral brasileiro. Foi registrada a ocorrência de 353.557 aves marinhas distribuídas em oito famílias e 28 espécies, com a maior participação de Procellaria conspicilatta, seguido de Daption capense, Puffinus gravis, Thalassarche melanophrys e Oceanites oceanicus. Foram capturadas incidentalmente 392 exemplares de aves marinhas pelas redes de emalhe e 122 pelos anzóis dos espinhéis, distribuídos em dez e nove espécies, respectivamente, com as maiores taxas de captura sobre P. gravis, D. capense e Procellaria aequinoctialis. Este estudo mostra uma pequena parcela das aves capturadas no litoral brasileiro, uma vez que as embarcações fiscalizadas representam a minoria das que estão em atividade. O acompanhamento de Observadores de bordo capacitados deve ser intensificado para avaliar o impacto das pescarias nas populações de aves marinhas, bem como implementar ações para diminuir suas capturas.

Growth and reproduction aspects of Pimelodus maculatus Lacépède, 1803 (Siluriformes, Pimelodidae) of the Cachoeira Dourada reservoir, state of Goiás and Minas Gerais, Brazil / Aspectos da dinâmica populacional e reprodutiva de Pimelodus Maculatus (Siluriformes, Pimelodidae) no reservatório de Cachoeira Dourada (GO-MG), Brasil.

Growth and reproduction parameters of the yellow-mandi, Pimelodus maculatus Lacépède, 1803 (Siluriformes, Pimelodidae), were determined for the Cachoeira Dourada reservoir (GO/MG). The field work occurred throughout February 2007 to January 2008 (with the exception of December 2007). Gill nets with mesh sizes from 1.5 to 10 centimeters were placed in three different areas in the reservoir and were collected 24 hours later. A total of 538 specimens were captured, amongst which 242 were females, 219 were males and 77 could not have their sex determined. Sex ratio differed from 1:1 only during July 2007 and January 2008, with males and females predominating in each of those months. Males occupied the medium length classes (18.9 to 24.3 cm) while females were most abundant in the superior classes (from 27 to 37.8 cm).The growth constant K was statistically equal for males (K=0.1851) and females (K=0.1708), however, females P. maculatus may have a greater investment in reproductive tissue, a fact indicated by the elevated values of Kn and GSI during the summer. Bearing in mind that P. maculatus reproduces in the rainy season, a greater gain in weight is expected during the months before the reproduction season, and that after it occurs the fish loses fat and weight as a consequence of metabolic effort. Still, the absence of juveniles may be an indication that the species did not find in the reservoir the proper conditions for reproduction and growth of its fry.

O presente estudo procurou averiguar os parâmetros de crescimento e reprodução do mandi-amarelo, Pimelodus maculatus Lacépède, 1803 (Siluriformes, Pimelodidae), no reservatório de Cachoeira Dourada (GO/MG). As coletas ocorreram de fevereiro de 2007 a janeiro de 2008 (exceto em dezembro de 2007), em três pontos do reservatório, com auxílio de baterias de redes com malhas variando de 1,5 a 10,0 cm entre nós adjacentes durante 24 horas. Foi capturado um total de 538 indivíduos dentre os quais 242 fêmeas, 219 machos e 77 de sexo indeterminado. A proporção sexual diferiu de 1:1 em julho de 2007 e janeiro 2008, com o predomínio de machos e fêmeas, respectivamente. Os machos concentraram-se nas classes de comprimento medianas (18,9 a 24,3 cm) enquanto que as fêmeas nas superiores (de 27 a 37,8 cm). A constante de crescimento K foi estatisticamente igual entre machos (K=0.1851) e fêmeas (K=0.1708), no entanto, P. maculatus fêmeas parecem ter um maior investimento em tecido reprodutivo, fato indicado pelos elevados valores de Kn e IGS durante o verão. Tendo em vista sua desova durante o período chuvoso, é esperado um maior ganho de peso nos períodos que antecedem a reprodução e que após esse processo haja uma perda de gordura ou peso devido aos gastos metabólicos envolvidos. Ainda, a ausência de captura de P. maculatus juvenis pode ser uma indicação de que a espécie não encontrou na área condições adequadas para tal.