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.

Aerobic and anaerobic decomposition of Pistia stratiotes leachates from a tropical eutrophic reservoir (Barra Bonita, SP, Brazil) / Decomposição aeróbia e anaerobia de lixiviados de Pistia stratiotes de um reservatório eutrófico tropical (Barra Bonita, SP, Brasil)

The present study discussed the kinetic aspects of leachate decomposition from an aquatic macrophyte, Pistia stratiotes L (water lettuce). This species was collected from Barra Bonita Reservoir located in the State of São Paulo (Brazil). Decomposition chambers were prepared with high molecular weight (HMW), low molecular weight (LMW) and integral (INT = HMW + LMW) dissolved organic matter (DOM) diluted with reservoir water. The samples were incubated at 20 °C, in darkness and under aerobic or anaerobic conditions. For 79 days, the concentrations of dissolved oxygen (DO) and organic carbon (OC) were measured. For calculating the deoxygenation coefficients (k d) and maximum oxygen consumption (COmax) the concentration of DO was integrated and fitted to a first-order kinetics model, which also applied to the depletion of OC concentrations. The COmax of INT incubations were 4 percent higher than the sum of HMW and LMW fractions. The deoxygenation coefficients, k d, had the same order of magnitude for all treatments. In relation to carbon decay, regardless of the availability of oxygen, the INT DOM also showed higher mineralisation. These results suggest that the leachate mineralisations are short-term processes; when the fractionation of the leachates occurs, the LMW had organic compounds with more accessibility for heterotrophic metabolism. On the other hand, when compared to INT DOM, the HMW and LMW were less consumed suggesting an interaction of the reactivity of the leachate. Our data suggest that in the Barra Bonita Reservoir the mineralisation of P. stratiotes leachates occurs through two competitive pathways (i.e. mineralisation of the labile compounds and formation of recalcitrant organic resources and their mineralisation) in which the oxygen availability and the molecular mass of DOM can interfere in the rates of reactions.

Nesse estudo foram discutidos aspectos cinéticos da decomposição de lixiviados da macrófita aquática Pistia stratiotes L (alface-d'água). A macrófita foi coletada no reservatório de Barra Bonita, localizado no Estado de São Paulo (Brasil). As câmaras de decomposição foram preparadas com amostras de água do reservatório e matéria orgânica dissolvida (MOD) de lixiviados com massa molecular alta (MMA), massa molecular baixa (MMB) e integral (INT = MMA + MMB). As amostras foram incubadas a 20 ºC, no escuro e sob condições aeróbias e anaeróbias. Durante 79 dias, as concentrações de oxigênio dissolvido (OD) e de carbono orgânico (CO) foram determinadas. Para os cálculos dos coeficientes de desoxigenação (k d) e das quantidades máximas de oxigênio consumido (OCmax), as concentrações de OD foram integradas e ajustadas a um modelo cinético de primeira ordem, que também foi empregado para os ajustes dos decréscimos das concentrações de CO. O OCmax da incubação com lixiviado integral (INT) foi 4 por cento maior que a soma dos OCmax das frações MMA e MMB. Os coeficientes de desoxigenação foram da mesma ordem de magnitude em todos os tratamentos. Em relação à perda de massa do carbono, independente da disponibilidade de oxigênio, a MOD INT apresentou as mineralizações mais elevadas. Os resultados sugeriram que as mineralizações desses lixiviados foram processos de curto prazo; na ocorrência de fracionamento, os lixiviados com MMB apresentam compostos orgânicos mais acessíveis aos metabolismos dos heterótrofos. Por outro lado, quando comparados com MOD INT, os lixiviados com MMB e MMA foram menos consumidos, sugerindo interação na reatividade dos lixiviados. Os resultados sugerem que no reservatório de Barra Bonita as mineralizações dos lixiviados de P. stratiotes ocorrem por duas rotas competitivas (i.e. mineralização dos compostos lábeis e formação de recursos refratários e sua mineralização), nas quais a disponibilidade de oxigênio e a massa molecular...

Mineralisaton assays of some organic resources of aquatic systems

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.