Using distribution models to estimate blooms of phytosanitary cyanobacteria in Brazil / Usando modelos de distribuição para estimar florações de cianobactérias fitossanitárias no Brasil

ABSTRACT

Abstract The multiple uses of aquatic ecosystems by humankind and the continuous interference of their activities have contributed to the emergence of potentially toxic cyanobacteria blooms. Here, we firstly created a database of occurrences of cyanobacteria blooms in Brazil through a systematic review of the scientific literature available in online platforms (e.g. Web of Science, Capes Thesis Catalogue). Secondly, we carried out ecological niche models with occurrence data obtained from these studies to predict climatically suitable areas for blooms. We select 21 bioclimatic variables input environmental data. We used five modeling methods for the current climate scenario (1) Maxent; (2) Support Vector Machines; (3) Random Forest; (4) Maximum Likelihood e (5) Gaussian. We found that the number of publications about bloom events was higher in 2009 with a decline in the years 2012, 2013 and 2017. Furthermore, the years with the higher records of blooms in freshwater environments were 2005, 2011 e 2014. These events occurring mainly in public supply reservoirs and are mostly of the genera Microcystis Lemmermann, 1907, Dolichospermum (Ralfs ex Bornet & Flahault) P.Wacklin, L.Hoffmann & J.Komárek, 2009 and Raphidiopsis F.E.Fritsch & F.Rich, 1929. Modeling the potential distribution of blooms, we found sampling gaps that should be targeting for future researches, especially in the Amazon biome. Overall, the models did not predict highly suitable areas in the /north of Brazil, while other regions were relatively well distributed with a higher number of occurrence records in the Southeast region.

RESUMO

Resumo Os múltiplos usos dos ecossistemas aquáticos pela humanidade e a contínua interferência das suas atividades têm contribuído para o surgimento de florações de cianobactérias potencialmente tóxicas. Aqui, primeiramente criamos um banco de dados de ocorrências de floração de cianobactérias no Brasil por meio de uma revisão sistemática da literatura científica disponível em plataformas on-line (por exemplo, Web of Science, Catálogo de Teses da Capes). Em segundo lugar, realizamos modelos de nicho ecológico com dados de ocorrência obtidos a partir desses estudos para prever áreas climaticamente adequadas para as florações. Selecionamos 21 variáveis bioclimáticas como dados ambientais de entrada. Usamos cinco métodos de modelagem diferentes para no cenário climático atual (1) Maxent; (2) Support Vector Machines; (3) Random Forest; (4) Maximum Likelihood e (5) Gaussian. Encontramos que o número de publicações sobre eventos de floração foi maior em 2009 com um declínio nos anos de 2012, 2013 e 2017. Além disso, os anos com os registros mais altos de florescimento em ambientes de água doce foram 2005, 2011 e 2014. Esses eventos ocorrem principalmente em reservatórios de abastecimento público e são na sua maioria dos gêneros Microcystis Lemmermann, 1907, Dolichospermum (Ralfs ex Bornet & Flahault) P.Wacklin, L.Hoffmann & J.Komárek, 2009 e Raphidiopsis F.E.Fritsch & F.Rich, 1929. Modelando a distribuição potencial das florações, encontramos lacunas de amostragem que devem ser direcionadas para futuras pesquisas, especialmente no bioma Amazônia. Em geral, os modelos não previram áreas altamente adequadas no norte do Brasil, enquanto outras regiões estavam relativamente bem distribuídas com um número maior de registros de ocorrência na região Sudeste.