Morphometry and retention time as forcing functions to establishment and maintenance of aquatic macrophytes in a tropical reservoir / Morfometria e tempo de residência como fatores determinantes no estabelecimento e manutenção de macrófitas aquáticas em um reservatório tropical

Macrophytes may constitute an important resource for several chemical, physical and biological processes within aquatic ecosystems. This study considers that in tropical reservoirs with low retention time and with low values of shoreline development (DL), the expansion and persistence of aquatic macrophytes are mainly reported to local conditions (e.g., hydrodynamic and wind exposure) rather than trophic status and depth of the euphotic zone. In this context, this study aimed at describing and comparing the incidence of aquatic macrophytes in a throughflowing, non-dendritic tropical reservoir. During February 2006 to November 2007, eight limnological surveys were performed quarterly within the Ourinhos Reservoir, and in the mouth areas of its tributaries. At the six sampling stations 30 variables were measured. The number of sites with plants varied between 21 and 38 and at the end of the 1st year the total richness was found. The sampling survey outcome the recognition of 18 species of aquatic macrophytes; Cyperaceae (2 genera and 1 species), Pontederiaceae (3 species) and Onarograceae (3 genera) were the families with higher diversity. Seven species (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) always were present and were more frequent in the sites. The occurrence of emergent species predominated (45.9%), followed by submersed rooted (24.5%), free floating (19.5%), floating rooted (9.7%) and free submersed (0.3%). Although limnological variables and the distribution of macrophytes have discriminated the same sampling points, the stepwise multiple linear regressions did not pointed out strong correspondences (or coherence) among the most constant and distributed macrophyte species and the selected limnological variables, as well the trophic statuses. Seeing the low relationship among limnological variables and macrophytes distribution, in the case of Ourinhos Reservoir, the results pointed out that the water turbulence, low DL and wind exposure are the main driving forces that determine its aquatic plant distribution, life forms and species composition.(AU)

As macrófitas podem constituir um recurso importante para vários processos físicos, químicos e biológicos dos ecossistemas aquáticos. Esse estudo considera que nos reservatórios tropicais com baixo tempo de retenção e com baixos valores do grau de desenvolvimento das margens (DL), a expansão e manutenção das macrófitas aquáticas são referidas principalmente às condições locais (e.g., hidrodinâmica e exposição ao vento), ao invés do estado trófico e da profundidade de zona eufótica. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo descrever e comparar a incidência de macrófitas aquáticas em um reservatório tropical de fluxo rápido e não dendrítico. De fevereiro de 2006 a novembro de 2007, oito avaliações limnológicas foram realizadas trimestralmente no reservatório Ourinhos e nas regiões de desembocadura de seus afluentes. Nas seis estações de amostragem 30 variáveis foram determinadas. O número de locais com plantas variou entre 21 e 38 e no final do primeiro ano o número total de espécies foi encontrado. Foram relacionadas 18 espécies de macrófitas aquáticas; Cyperaceae (2 gêneros e espécies), Pontederiaceae (3 espécies) e Onarograceae (3 gêneros) foram as famílias com mais diversidade. Sete espécies (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) sempre estiveram presentes e foram as mais frequentes. As ocorrências de espécies emergentes predominaram (45,9%), seguidas das submersas enraizadas (24,5%), flutuantes livres (19,5%), flutuantes enraizadas (9,7%) e submersas livres (0,3%). Embora as variáveis limnológicas e as distribuições de macrófitas tenham discriminado os mesmo pontos de coleta, regressões lineares múltiplas stepwise não apontaram correspondências fortes (ou coerentes) entre as espécies de macrófitas mais constantes e distribuídas e as variáveis limnológicas, assim como os estados tróficos. No reservatório Ourinhos, a baixa relação entre as variáveis limnológicas e a distribuição das macrófitas aponta que a turbulência da água, o baixo valor de DL e a exposição ao vento sejam as principais forças que determinam a distribuição das plantas aquáticas, as suas formas de vida e a composição das espécies.(AU)

Morphometry and retention time as forcing functions to establishment and maintenance of aquatic macrophytes in a tropical reservoir

Abstract Macrophytes may constitute an important resource for several chemical, physical and biological processes within aquatic ecosystems. This study considers that in tropical reservoirs with low retention time and with low values of shoreline development (DL), the expansion and persistence of aquatic macrophytes are mainly reported to local conditions (e.g., hydrodynamic and wind exposure) rather than trophic status and depth of the euphotic zone. In this context, this study aimed at describing and comparing the incidence of aquatic macrophytes in a throughflowing, non-dendritic tropical reservoir. During February 2006 to November 2007, eight limnological surveys were performed quarterly within the Ourinhos Reservoir, and in the mouth areas of its tributaries. At the six sampling stations 30 variables were measured. The number of sites with plants varied between 21 and 38 and at the end of the 1st year the total richness was found. The sampling survey outcome the recognition of 18 species of aquatic macrophytes; Cyperaceae (2 genera and 1 species), Pontederiaceae (3 species) and Onarograceae (3 genera) were the families with higher diversity. Seven species (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) always were present and were more frequent in the sites. The occurrence of emergent species predominated (45.9%), followed by submersed rooted (24.5%), free floating (19.5%), floating rooted (9.7%) and free submersed (0.3%). Although limnological variables and the distribution of macrophytes have discriminated the same sampling points, the stepwise multiple linear regressions did not pointed out strong correspondences (or coherence) among the most constant and distributed macrophyte species and the selected limnological variables, as well the trophic statuses. Seeing the low relationship among limnological variables and macrophytes distribution, in the case of Ourinhos Reservoir, the results pointed out that the water turbulence, low DL and wind exposure are the main driving forces that determine its aquatic plant distribution, life forms and species composition.

Resumo As macrófitas podem constituir um recurso importante para vários processos físicos, químicos e biológicos dos ecossistemas aquáticos. Esse estudo considera que nos reservatórios tropicais com baixo tempo de retenção e com baixos valores do grau de desenvolvimento das margens (DL), a expansão e manutenção das macrófitas aquáticas são referidas principalmente às condições locais (e.g., hidrodinâmica e exposição ao vento), ao invés do estado trófico e da profundidade de zona eufótica. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo descrever e comparar a incidência de macrófitas aquáticas em um reservatório tropical de fluxo rápido e não dendrítico. De fevereiro de 2006 a novembro de 2007, oito avaliações limnológicas foram realizadas trimestralmente no reservatório Ourinhos e nas regiões de desembocadura de seus afluentes. Nas seis estações de amostragem 30 variáveis foram determinadas. O número de locais com plantas variou entre 21 e 38 e no final do primeiro ano o número total de espécies foi encontrado. Foram relacionadas 18 espécies de macrófitas aquáticas; Cyperaceae (2 gêneros e espécies), Pontederiaceae (3 espécies) e Onarograceae (3 gêneros) foram as famílias com mais diversidade. Sete espécies (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) sempre estiveram presentes e foram as mais frequentes. As ocorrências de espécies emergentes predominaram (45,9%), seguidas das submersas enraizadas (24,5%), flutuantes livres (19,5%), flutuantes enraizadas (9,7%) e submersas livres (0,3%). Embora as variáveis limnológicas e as distribuições de macrófitas tenham discriminado os mesmo pontos de coleta, regressões lineares múltiplas stepwise não apontaram correspondências fortes (ou coerentes) entre as espécies de macrófitas mais constantes e distribuídas e as variáveis limnológicas, assim como os estados tróficos. No reservatório Ourinhos, a baixa relação entre as variáveis limnológicas e a distribuição das macrófitas aponta que a turbulência da água, o baixo valor de DL e a exposição ao vento sejam as principais forças que determinam a distribuição das plantas aquáticas, as suas formas de vida e a composição das espécies.

Implication of anaerobic and aerobic decomposition of Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. on the carbon cycling in a subtropical reservoir / Implicações da decomposição aeróbia e anaeróbia de Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. na ciclagem de carbono em um reservatório subtropical

This study aimed at describing kinetic aspects of aerobic and anaerobic mineralization of Eicchornia azurea. The samples of aquatic macrophyte and water were collected in the Monjolinho Reservoir (22° 00′ S and 47° 54′ W). To determine the leachate potential, dried plant fragments were added to reservoir water, with sampling lasting for 4 months, where the particulate and dissolved organic carbon concentrations were measured. The kinetics of mass loss was obtained with 10 mineralization chambers for both aerobic and anaerobic conditions, with the plant fragments and reservoir water. Two additional chambers were used to monitor the volume of gases produced from anaerobic mineralization, with bioassays to determine oxygen uptake. The results were fitted to a first-order kinetic model, from which 27.21% of detritus corresponded to labile/soluble fractions and 72.62% to the refractory fractions. The decay rates for the global mass losses of the labile/soluble components were 2.07 day–1. DOC mineralization was not verified for either condition. Under aerobic condition, the mass loss constant rate (0.0029 day–1) for the refractory fractions was 2.4 the value for the anaerobic one. Under anaerobic condition, the gases formation occurred in three phases. Based on these results, in the Monjolinho Reservoir, the decomposition of E. azurea that undergo within the water column and in upper layers of sediment is a faster process, favoring the mineralization. In contrast, in the lower layers of sediment the diagenetic processes (i.e. humus production and accumulation of organic matter) are favored.(AU)

Nesse estudo descreveram-se aspectos cinéticos da decomposição aeróbia e anaeróbia de Eichhornia azurea. As amostras da macrófita aquática e de água foram coletadas no reservatório do Monjolinho (22° 00′ S e 47° 54′ O). Para a determinação do potencial de lixiviação, adicionaram-se fragmentos de planta (previamente secos) em água do reservatório. Nos experimentos de decomposição, as amostragens foram realizadas durante 4 meses e quantificaram-se as frações particuladas e dissolvidas de carbono. Para descrever as cinéticas de perda de massa, para cada condição (aeróbia e anaeróbia) foram preparadas 10 incubações contento fragmentos de plantas e água do reservatório. A cada dia de amostragem as frações particuladas e dissolvidas de carbono orgânico foram quantificadas. Foram também preparadas 2 câmaras para registrar a formação de gases da degradação anaeróbia e o consumo de oxigênio na degradação aeróbia. Os resultados foram ajustados a um modelo cinético de 1ª ordem. Verificou-se que 27,21% dos detritos corresponderam à fração lábil/solúvel e 72,62% à refratária. O coeficiente global de perda de massa das frações lábeis/solúveis foi 2,07 dia–1. Nas duas condições não houve mineralização da matéria orgânica dissolvida. Na condição aeróbia, o coeficiente de perda de massa das frações refratárias (0,0029 dia–1) foi 2,4 vezes maior que o da anaeróbia. Para a condição anaeróbia observou-se que a formação de gases constituiu-se de três fases. Diante destes resultados, no reservatório do Monjolinho, os processos degradativos dos detritos de E. azurea que ocorrem tanto na coluna d'água quanto na superfície do sedimento são mais rápidos, favorecendo assim, a mineralizaçao; por outro lado, no sedimento os processos diagenéticos (i.e. humificação e o acúmulo de matéria orgânica) são favorecidos.(AU)

Anaerobic decomposition of a native and an exotic submersed macrophyte in two tropical reservoirs / Decomposição anaeróbica de uma macrófita submersa nativa e de uma exótica em dois reservatórios 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.(AU)

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.(AU)

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 ºC, 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.(AU)

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...(AU)