Balanço de fósforo e nitrogênio em leitos cultivados com Eichhornia crassipes (Mart.) Solms / Phosphorus and nitrogen balance in constructed wetlands with Eichhornia crassipes (Mart.) Solms

RESUMO O descarte incorreto de resíduos, mesmo após tratamento, pode causar impactos negativos nos corpos d'água receptores. Em especial, substâncias como nitrogênio e fósforo podem se tornar, em função de suas concentrações, tóxicas para os organismos aquáticos ou produzir condições favoráveis à proliferação de vegetação, que podem iniciar os processos de eutrofização. Leitos cultivados são sistemas de tratamento de esgoto construídos com a finalidade de imitar a estrutura das wetlands naturais, promovendo mecanismos de fitorremediação. Apesar de a Eichhornia crassipes ser uma planta invasiva causadora de problemas em rios e lagos eutrofizados, seu uso pode ser interessante em leitos cultivados, pois é uma planta ornamental, o que aumentará a aceitação do sistema de tratamento de águas residuárias, além de poder ser reutilizada no artesanato, na produção de biocombustível e na alimentação animal. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou avaliar a eficiência de retenção/remoção de fósforo total e nitrogênio total Kjeldahl (NTK) presentes em águas residuárias a partir de dois leitos de fluxo subsuperficial horizontal cultivados com Eichhornia crassipes, com diferença de 43 dias de cultivo entre eles, fixados a um meio suporte. As concentrações de fósforo total variaram de 4,5 a 5,1 mg.L-1 no afluente e de 3,2 a 4,4 mg.L-1 no efluente dos leitos cultivados, enquanto as concentrações de NTK variaram de 95,9 a 104,7 mg.L-1 no afluente e de 77,5 a 85,3 mg.L-1 no efluente.

ABSTRACT Improper disposal, even after treatment, of wastewater can cause negative impacts on receiving water bodies. Particularly, substances such as nitrogen and phosphorus can become, depending on their concentrations, toxic to aquatic organisms or produce favorable conditions for the proliferation of a vegetation that can start the process of eutrophication. Constructed wetlands are a wastewater treatment built to mimic the structure of natural wetlands, promoting mechanisms of phytoremediation. Despite E. crassipes be an invasive plant which causes problems in eutrophic lakes and rivers, its use may be interesting in wetlands because it is an ornamental plant, which will increase wastewater treatment system's acceptance, and it can be reused in crafts, in biofuel production and in animal feed. In this context, the present study aimed to evaluate the efficiency of the retention/removal of total phosphorus and Kjeldahl nitrogen (TKN) present in wastewater by two subsurface horizontal flow constructed wetland system cultivated with Eichhornia crassipes, with a difference of 43 days of cultivation, fixed to a support medium. The concentrations of total phosphorus ranged from 4.5 to 5.1 mg.L-1 in the affluent and from 3.2 to 4.4 mg.L-1 in the effluent of constructed wetlands, whereas NTK concentrations ranged from 95.9 to 104.7 mg.L-1 in the effluent, and from 77.5 to 85.3 mg.L-1 in the effluent.

Phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during the hypertrophication process

Study aimed at evaluating phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during its hypertrophication process. Samplings were carried out monthly during 8 consecutive years (1997-2004) in 5 depths. Conspicuous limnological changes in the reservoir derived from the presence and/or removal of the water hyacinth, characterized 3 different phases. Over the time series, reservoir changed from a typical polymictic eutrophic system to hypertrophic one, leading to a reduction of approximately 70 species (average 37%). Chlorophyceae accounted for the highest species richness (46%) among all algal classes and strictly followed total species richness variation. Internal feedback mechanisms intensification over phase III clearly promoted the sharp decrease in biodiversity. Highest decreases, mainly during springs, occurred simultaneously to the highest Cyanobacteria blooms. Increased turbidity due to heavy phytoplankton blooms suppressed all other algal groups, so that at the end of the present study even Cyanobacteria species richness decreased. Total dissolved phosphorous was included in most of the best selected models used to analyze the temporal patterns in species richness loss. Present data show that biodiversity loss following trophic change was not a single dimension of a single factor but, rather, a template of factors (e.g. light, stability) co-varying in consequence of the larger levels of biomass supported in the reservoir.

Estudo avaliou as mudanças na biodiversidade da comunidade fitoplanctônica em um reservatório tropical raso durante processo de hipereutrofização. Foram realizadas amostragens mensais durante oito anos consecutivos (1997-2004) em cinco profundidades. Mudanças limnológicas conspícuas no reservatório foram a conseqüência da presença e/ou remoção do aguapé, caracterizando três fases limnológicas. Durante a série temporal, o reservatório mudou de um sistema eutrófico polimítico típico para um sistema hipereutrófico, levando à redução de aproximadamente 70 espécies (média de 37%). Chlorophyceae foi a classe com a maior riqueza de espécies (46%) entre todas e seguiu, intimamente, a variação da riqueza total de espécies. A intensificação dos mecanismos internos de retroalimentação durante a fase III claramente promoveram uma acentuada queda da biodiversidade. Os decréscimos mais acentuados, especialmente durante as primaveras, ocorreram simultaneamente às maiores florações de Cyanobacteria. O aumento de turbidez provocado pelas florações maciças suprimiu outros grupos de algas de forma que, no final do presente estudo, até mesmo a riqueza de Cyanobacteria decaiu. Fósforo total dissolvido foi incluído na maioria dos melhores modelos selecionados para análise dos padrões temporais da perda da biodiversidade. Os presentes dados mostram que a perda da biodiversidade durante a mudança trófica não esteve relacionada a apenas um fator, mas a um conjunto deles (exemplos: luz, estabilidade), que co-variaram em conseqüência dos elevados níveis de biomassa mantidos pelo reservatório.

Phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during the hypertrophication process / Mudanças na biodiversidade fitoplanctônica em um reservatório tropical raso durante o processo de hipereutrofização

Study aimed at evaluating phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during its hypertrophication process. Samplings were carried out monthly during 8 consecutive years (1997-2004) in 5 depths. Conspicuous limnological changes in the reservoir derived from the presence and/or removal of the water hyacinth, characterized 3 different phases. Over the time series, reservoir changed from a typical polymictic eutrophic system to hypertrophic one, leading to a reduction of approximately 70 species (average 37 percent). Chlorophyceae accounted for the highest species richness (46 percent) among all algal classes and strictly followed total species richness variation. Internal feedback mechanisms intensification over phase III clearly promoted the sharp decrease in biodiversity. Highest decreases, mainly during springs, occurred simultaneously to the highest Cyanobacteria blooms. Increased turbidity due to heavy phytoplankton blooms suppressed all other algal groups, so that at the end of the present study even Cyanobacteria species richness decreased. Total dissolved phosphorous was included in most of the best selected models used to analyze the temporal patterns in species richness loss. Present data show that biodiversity loss following trophic change was not a single dimension of a single factor but, rather, a template of factors (e.g. light, stability) co-varying in consequence of the larger levels of biomass supported in the reservoir.

Estudo avaliou as mudanças na biodiversidade da comunidade fitoplanctônica em um reservatório tropical raso durante processo de hipereutrofização. Foram realizadas amostragens mensais durante oito anos consecutivos (1997-2004) em cinco profundidades. Mudanças limnológicas conspícuas no reservatório foram a conseqüência da presença e/ou remoção do aguapé, caracterizando três fases limnológicas. Durante a série temporal, o reservatório mudou de um sistema eutrófico polimítico típico para um sistema hipereutrófico, levando à redução de aproximadamente 70 espécies (média de 37 por cento). Chlorophyceae foi a classe com a maior riqueza de espécies (46 por cento) entre todas e seguiu, intimamente, a variação da riqueza total de espécies. A intensificação dos mecanismos internos de retroalimentação durante a fase III claramente promoveram uma acentuada queda da biodiversidade. Os decréscimos mais acentuados, especialmente durante as primaveras, ocorreram simultaneamente às maiores florações de Cyanobacteria. O aumento de turbidez provocado pelas florações maciças suprimiu outros grupos de algas de forma que, no final do presente estudo, até mesmo a riqueza de Cyanobacteria decaiu. Fósforo total dissolvido foi incluído na maioria dos melhores modelos selecionados para análise dos padrões temporais da perda da biodiversidade. Os presentes dados mostram que a perda da biodiversidade durante a mudança trófica não esteve relacionada a apenas um fator, mas a um conjunto deles (exemplos: luz, estabilidade), que co-variaram em conseqüência dos elevados níveis de biomassa mantidos pelo reservatório.

The feeding activity of Colossoma macropomum larvae (tambaqui) in fishponds with water hyacinth (Eichhornia crassipes) fertilizer

Analysis of macrophyte water hyacinth (Eichhornia crassipes) as an organic fertilizer of Colossoma macropomum (tambaqui) larvae in ponds is provided. Water hyacinth produce an organic fertilizer at the ratio of 100 g.m-2 in tambaqui ponds. Two groups of 5,000 larvae were transferred to two fishponds with and without water hyacinth fertilizer and reared until day 43. The fertilized pond evidenced more plankton abundance during the entire production period when compared with the control pond (P 0.001). The phytoplankton community in the pond was not significantly different than in gut contents (P > 0.05) in both ponds (with and without organic fertilizer). Fish larvae failed to show any preference or selectivity in relation to the different algae (P > 0.01) in the pond, but exhibited high ingestion selectivity for zooplankton (P 0.05). Application of fertilizer increased (P 0.05) the abundance of phytoplankton and zooplankton in the treatment pond. Since water hyacinth fertilizer is quite cheap and easily available, it may be conveniently used to enhance fish yield in ponds.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do aguapé como fertilizante orgânico no comportamento alimentar de larvas de tambaqui (Colossoma macropomum) em viveiros de larvicultura. O aguapé foi utilizado para produzir um fertilizante orgânico na proporção de 100 g.m-2. Dois grupos de 5.000 larvas foram transferidos para dois viveiros com e sem fertilizante de macrófita e criados durante um período de 43 dias. O viveiro contendo fertilizante de macrófita apresentou maior abundância de plâncton durante o período de estudo quando comparado ao viveiro controle (P 0,001). A estrutura da comunidade fitoplanctônica não apresentou diferença significativa daquela encontrada no trato digestivo (P > 0,05) e nos viveiros (com e sem fertilizante), evidenciando que as larvas de peixe não apresentaram preferência ou seletividade (P > 0,01) em relação às diferentes algas presentes no viveiro, somente em relação aos organismos zooplanctônicos (P 0,05). A aplicação de fertilizante aumentou significativamente (P 0,05) a abundância de fitoplâncton e zooplâncton nos viveiros estudados. O fertilizante de aguapé é fácil de ser obtido e é barato, assim poderá ser utilizado como uma nova alternativa para melhorar a produção dos viveiros de piscicultura.

The feeding activity of Colossoma macropomum larvae (tambaqui) in fishponds with water hyacinth (Eichhornia crassipes) fertilizer

Analysis of macrophyte water hyacinth (Eichhornia crassipes) as an organic fertilizer of Colossoma macropomum (tambaqui) larvae in ponds is provided. Water hyacinth produce an organic fertilizer at the ratio of 100 g.m-2 in tambaqui ponds. Two groups of 5,000 larvae were transferred to two fishponds with and without water hyacinth fertilizer and reared until day 43. The fertilized pond evidenced more plankton abundance during the entire production period when compared with the control pond (P < 0.001). The phytoplankton community in the pond was not significantly different than in gut contents (P > 0.05) in both ponds (with and without organic fertilizer). Fish larvae failed to show any preference or selectivity in relation to the different algae (P > 0.01) in the pond, but exhibited high ingestion selectivity for zooplankton (P < 0.05). Application of fertilizer increased (P < 0.05) the abundance of phytoplankton and zooplankton in the treatment pond. Since water hyacinth fertilizer is quite cheap and easily available, it may be conveniently used to enhance fish yield in ponds.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do aguapé como fertilizante orgânico no comportamento alimentar de larvas de tambaqui (Colossoma macropomum) em viveiros de larvicultura. O aguapé foi utilizado para produzir um fertilizante orgânico na proporção de 100 g.m-2. Dois grupos de 5.000 larvas foram transferidos para dois viveiros com e sem fertilizante de macrófita e criados durante um período de 43 dias. O viveiro contendo fertilizante de macrófita apresentou maior abundância de plâncton durante o período de estudo quando comparado ao viveiro controle (P <0,001). A estrutura da comunidade fitoplanctônica não apresentou diferença significativa daquela encontrada no trato digestivo (P > 0,05) e nos viveiros (com e sem fertilizante), evidenciando que as larvas de peixe não apresentaram preferência ou seletividade (P > 0,01) em relação às diferentes algas presentes no viveiro, somente em relação aos organismos zooplanctônicos (P < 0,05). A aplicação de fertilizante aumentou significativamente (P < 0,05) a abundância de fitoplâncton e zooplâncton nos viveiros estudados. O fertilizante de aguapé é fácil de ser obtido e é barato, assim poderá ser utilizado como uma nova alternativa para melhorar a produção dos viveiros de piscicultura.

On two methods to estimate production of Eichhornia crassipes in the eutrophic Pampulha reservoir (MG, Brazil)

This paper deals with variations in biomass and in the production of Eichhornia crassipes (water hyacinth) in a eutrophic tropical reservoir. Net production was assessed by both a traditional method and a demographic approach. The initial biomass ranges from 96 g DW.m-2 to a maximum of 2027 g DW.m-2. Net production estimates varied greatly according to which method was used to calculate them (traditional: 20.6 ton DW.hectare-1.year-1, demographic: 226.9 ton DW.year-1).

Este estudo mostra as variações da biomassa e da produção de Eichhornia crassipes em um reservatório eutrófico tropical. A produção líquida foi estimada por intermédio do método tradicional e do demográfico. A biomassa inicial de 96 g PS.m-2chegou ao máximo de 2.027 g PS.m-2 A produção líquida variou de acordo com o método utilizado para sua estimativa (tradicional: 20,6 ton PS. ha-1.ano-1, demográfico: 226,9 ton PS.ano-1).

Utilization of macrophyte biofilter in effluent from aquaculture: I. Floating plant

The objective of this work was to manufacture a low-cost biofilter, made of floating macrophyte (Eichhornia crassipes). Limnological studies were conducted 7 days after the macrophytes were placed in the biofilter, and continued over a period of 30 consecutive days. During rainy and dry seasons, and high production period, samples were taken three times a week. The lowest levels of nitrogen compounds were observed in the July/August period, which corresponded to lower fish production and low supply rattion in the culture ponds. During the experimental period, pH values ranged from acid to alkaline and did not oscillate with higher average values during April/May. Alkalinity and bicarbonate dominance in the medium were directly affected by pH. With respect to associated micro-fauna, among phyto-plankton Chlorophyta was the dominant group and among zooplankton, Rotifera. It is recommended that during production peaks, the aquatic plants should be replaced by small buds every 10 days.

O objetivo deste trabalho foi confeccionar um biofiltro de baixo custo constituído por macrófita flutuante (Eichhornia crassipes). Os estudos limnológicos foram realizados 7 dias depois de colocadas as macrófitas no biofiltro, durante um período de 30 dias consecutivos, com amostragens 3 vezes por semana nas épocas de chuva, seca e de alta produção de organismos cultivados. Quanto aos compostos nitrogenados, as menores concentrações foram observadas no período de jul./ago., correspondendo à época de baixa produção de peixes e baixa adição de alimento nos tanques e viveiros de cultivo. O pH manteve-se ligeiramente ácido a alcalino ao longo do período experimental, não apresentando oscilações com os maiores valores médios no período de abr./mai. Os valores de pH influenciaram diretamente a alcalinidade e a dominância de bicarbonato no meio. Quanto à microfauna associada, entre os fitoplanctônicos as Chlorophyta foram o grupo dominante e entre os zooplanctônicos foram os Rotifera. Recomenda-se, no período de alta produção, substituição das plantas aquáticas por brotos bem pequenos a cada 10 dias.