MODELAGEM ECOSSISTÊMICA DE RESERVATÓRIOS DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO E DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DA CRIAÇÃO DE TILÁPIA-DO-NILO EM TANQUES-REDE

A modelagem matemática é uma ferramenta importante no entendimento da estrutura e funcionamento de ambientes aquáticos, permitindo estimar e simular a magnitude dos impactos que atividades como piscicultura tem sobre os ambientes aquáticos e a produção pesqueira. O objetivo deste estudo foi estimar os fluxos de energia nas teias tróficas dos reservatórios Santa Cruz e Umari, simular os impactos da criação de tilápia-do-Nilo em tanques-rede sobre as comunidades bióticas e suas interferências na atividade de pesca; além de determinar a capacidade suporte para a piscicultura em ambos os reservatórios. Para tanto foram utilizados dois modelos: um modelo de balanço de massa de fósforo para estimativa das concentrações de fósforo na água dos reservatórios; um modelo Ecopath with Ecosim para estimativa dos fluxos energéticos nas teias tróficas, propriedades ecossistêmicas e simulação da influência dos tanques-rede na atividade de pesca dos reservatórios. Foram feitas coletas durante três anos, de 2012 a 2014, em ambos os reservatórios, para o cálculo das biomassas das comunidades aquáticas (plâncton, macrófitas, bentos, peixes), e para a determinação das concentrações de nutrientes na água. Informações quantitativas sobre a atividade de pesca e de piscicultura também foram coletadas. Os resultados indicam que Umari possui uma maior capacidade suporte do que Santa Cruz, principalmente devido a menor emissão de fósforo para o reservatório, de modo que Umari poderia receber uma maior produção de tilápias em tanques-rede. As teias tróficas de ambos os reservatórios foram baseadas em detritos, sendo a principal fonte de energia para as comunidades aquáticas. Ambos os reservatórios foram considerados ambientes imaturos, com baixa estabilidade, entretanto, o acúmulo de detritos nestes ambientes pode representar um estoque de energia a ser usado durante perturbações. Nas simulações todas as comunidades aquáticas se beneficiaram do aporte de nutrientes da piscicultura, aumentando suas populações. Com a simulação do aumento da produção aquícola foi evidenciado o aumento das capturas por pesca das principais espécies de interesse comercial.

Mathematical modeling is an important tool in understanding the structure and functioning of aquatic environments, allowing to estimate and simulate the magnitude of the impacts that activities such as fish farming have on aquatic environments and fisheries. This study aimed to estimate the energy fluxes in the food webs of Santa Cruz and Umari reservoirs, simulate the impacts of the Nile tilapia farming in net cages on the biotic communities and their interferences in the fishing activity; in addition to determining the carrying capacity for fish farming in both reservoirs. Two models were used: a phosphorus mass balance model to estimate the concentrations of phosphorus in the water of the reservoirs; an Ecopath with Ecosim model for estimating the energy fluxes in the food webs, ecosystem properties and simulation of the influence of the net cages on the fishing activity of each reservoir. Data were collected for three years from 2012 to 2014 in both reservoirs to calculate the biomass of aquatic communities (plankton, macrophytes, benthos, fish) and to determine nutrient concentrations in water. Quantitative information on fishing and fish farming activity was also collected. The results indicate that Umari has a higher carrying capacity than Santa Cruz, mainly by the lower emission of phosphorus to the reservoir, so that Umari could receive a larger production of tilapia in net cages. The food webs of both reservoirs were based on detritus, being the main source of energy for aquatic communities. Both reservoirs were considered immature environments with low stability, however, the accumulation of detritus in these environments may represent a energy stock to be used during disturbances. In the simulations, all aquatic communities benefited from the nutrient supply from the fish farming, increasing their populations. With the simulation of the increase of the aquaculture production it was evidenced the increase in the catches by fishing of the main commercial species.

Aplicação de modelos tróficos em um estuário de Pernambuco: um estudo de caso em barra de Sirinhaém.

A abordagem Ecopath with Ecosim foi usada para descrever a estrutura e as interação da rede trófica e avaliar o efeito da pesca na rede trófica de um estuário tropical no Nordeste do Brasil (Estuário do Rio Sirinhaém ESR). Para a construção do modelo Ecopath foram amostradas espécies de peixes e macroinvertebrados, entre 2013-2014, enquanto dados de produtividade primária e zooplâncton foram obtidos através da literatura. Os resultados mostraram que a transferência de energia na rede trófica do ESR foi baseada na produtividade primária (60,5%), com uma média de transferência de 6,79%, relativamente baixa quando comparada com o valor teórico de 10%, indicando uma baixa eficiência global de transferência, embora dentro dos valores reportados para vários modelos tróficos de estuários. O índice de espécie chaves e a análise de impacto trófico indicaram que o Camurim (Centropomus spp.), com nível trófico = 3,20, é um componente chave no sistema, podendo desencadear em um efeito cascata (top-down). O aumento da atividade de pesca causa uma redução da biomassa do Camurim, e consequentemente diminui a pressão de predação nas suas presas. Os indicadores ecológicos para a saúde do ecossistema indicam que ESR é um sistema em desenvolvimento, como a maioria dos estuários, demandando estratégias de manejo para a manutenção do estado de equilíbrio. Este estudo fornece as primeiras informações para descrever e avaliar o estado da rede trófica em um ecossistema estuarino tropical no nordeste do Brasil.

The ecosystem approach Ecopath with Ecosim was used to describe the food web structure, and to evaluate the fishing effects in a tropical estuary ecosystem in northeastern Brazil (Estuary of the Sirinhaém River SRE). To build the Ecopath model we sampled fish species and macroinvertebrates between 2013-2014, while data of primary production and zooplankton were obtained from literature. Results showed that the energy transfer in the SRE food web was based mostly on grazing food chain (60.5%), with an average transfer efficiency of 6.79%, relatively low compared to the theoretical value of 10%, indicating low global transfer efficiency, although it is within the range reported in various estuarine trophic models. The keystone index together with the MTI (Mixed Trophic Impact) index indicated the snook (Centropomus spp.), with Trophic Level = 3.20, as a key component in the system, which could trigger a cascade effect (top-down). The increasing in the fishery activity causes a reduction in the Snook biomass, and consequently decrease the pressure of predation on their prey. The ecological indicators of ecosystem health indicated that the SRE is a system in development, as most estuaries, requiring management strategies to the maintenance for the equilibrium state.This study provides the first information to describe and evaluate the state of food web in a tropical estuarine ecosystem in Northeast Brazil.

Estimates of population parameters and consumption/biomass ratio for fishes in reservoirs, Paraná State, Brazil

Consumption, natural mortality, and growth are important parameters for the construction for both fisheries and ecosystems models. We estimated k (growth constant of the von Bertalanffy's function), Loo 1(asymptotic length), Woo (asymptotic weight), Ar (caudal fin index), M (natural mortality), and Q/B (consumption/biomass ratio) for several fish species inhabiting reservoirs. We explored possible relationships among these parameters for 135 fish species sampled in thirty reservoirs in the State of Paraná, southern Brazil. Maximum length (Lmax) varied from 2.60 to 79.00 cm, Loo from 2.73 to 85.05 cm, Woo from 0.23 to 9,490.26 g, k from 0.01 to 2.38 yr-1, Ar from 0.03 to 3.60, M from 0.16 to 2.82 yr-1, and Q/B from 3.31 to 67.18. Significant correlations were observed between most pairs of parameters, except for Ar and k, Ar and Loo , and for M and Q/B. The estimates presented here may be useful for constructing Ecopath models, both in Brazil and other tropical regions, where the use of ecosystem modeling is growing.(AU)

O consumo, a mortalidade natural e as estimativas de crescimento são parâmetros importantes para a construção de modelos pesqueiros e ecossistêmicos. Dessa forma, neste trabalho foram calculados os parâmetros k (constante de crescimento da equação de von Bertalanffy), Loo (comprimento assintótico), Woo (peso assintótico), Ar (índice da nadadeira caudal), M (mortalidade natural) e Q/B (consumo/biomassa) para peixes em reservatórios. Além disso, foram exploradas possíveis relações entre esses parâmetros para 135 espécies de peixes amostradas em 30 reservatórios no estado do Paraná, sul do Brasil. O comprimento máximo (Lmax) variou de 2,60 a 79,00 cm, Loo de 2,73 a 85,05 cm, Woo de 0,23 a 9.490,26 g, k de 0,01 a 2,38 ano-1, Ar de 0,03 a 3,60, M de 0,16 a 2,82 ano-1, e Q/B de 3,31 a 67,18. Correlações significativas foram observadas entre todos os pares de parâmetros, exceto para Ar e k, Ar e Loo e para M e Q/B. As estimativas aqui apresentadas podem ser úteis para a construção de modelos Ecopath, tanto em outras regiões tropicais, como no Brasil, onde os modelos ecossistêmicos estão em amplo estágio de desenvolvimento.(AU)

Modeling energy flow in a large Neotropical reservoir: a tool do evaluate fishing and stability

Recently, there is an increasing perception that the ecosystem approach gives important insights to support fisheries stock assessment and management. This paper aims to quantify energy flows in the Itaipu Reservoir (Brazil) and to simulate increase of the fishing effort of some species, using Ecopath with Ecosim software, which could allow inferences on stability. Therefore, two steady-state Itaipu models were built (1983-87 and 1988-92). Results showed that: a) there are no differences between models, and results on aging trends do not vary over time indicating that fishery does not alter the ecosystem as a whole; b) results of fisheries simulations are approximate to mono-specific stock assessment for the same species and periods; c) many authors believe that tropical ecosystems are environments where biotic and abiotic oscillations are annual and sometimes unexpected, but the results found for the Itaipu Reservoir indicate that stability was met after 16 years.

Nos dias atuais, aumenta a percepção que a análise ecossistêmica fornece importantes esclarecimentos na avaliação e manejo de estoques pesqueiros. Este trabalho objetiva quantificar o fluxo de energia na teia trófica do reservatório de Itaipu e simular o aumento de pesca de algumas espécies usando o programa "Ecopath com Ecosim", que permite inferências sobre a estabilidade do sistema. Desta forma, dois modelos de "estado-estacionário" foram construídos (o primeiro para o período 1983-87 e o outro para 1988-92). Os resultados mostraram que: a) não há diferenças entre os modelos e os resultados sobre tendências de amadurecimento não variam com o tempo indicando que a pesca não altera o sistema como um todo; b) os resultados de simulação de pesca se aproximam de avaliações mono-específicas, realizadas por outros autores, com dados de mesmas espécies e períodos; c) muitos autores acreditam que reservatórios tropicais são ambientes submetidos a oscilações antrópicas que alteram grandemente sua dinâmica dificultando a estabilidade, mas os resultados para o reservatório de Itaipu indicam que a estabilidade foi encontrada 16 anos após a sua formação.

Modeling energy flow in a large Neotropical reservoir: a tool do evaluate fishing and stability

Recently, there is an increasing perception that the ecosystem approach gives important insights to support fisheries stock assessment and management. This paper aims to quantify energy flows in the Itaipu Reservoir (Brazil) and to simulate increase of the fishing effort of some species, using Ecopath with Ecosim software, which could allow inferences on stability. Therefore, two steady-state Itaipu models were built (1983-87 and 1988-92). Results showed that: a) there are no differences between models, and results on aging trends do not vary over time indicating that fishery does not alter the ecosystem as a whole; b) results of fisheries simulations are approximate to mono-specific stock assessment for the same species and periods; c) many authors believe that tropical ecosystems are environments where biotic and abiotic oscillations are annual and sometimes unexpected, but the results found for the Itaipu Reservoir indicate that stability was met after 16 years.

Nos dias atuais, aumenta a percepção que a análise ecossistêmica fornece importantes esclarecimentos na avaliação e manejo de estoques pesqueiros. Este trabalho objetiva quantificar o fluxo de energia na teia trófica do reservatório de Itaipu e simular o aumento de pesca de algumas espécies usando o programa "Ecopath com Ecosim", que permite inferências sobre a estabilidade do sistema. Desta forma, dois modelos de "estado-estacionário" foram construídos (o primeiro para o período 1983-87 e o outro para 1988-92). Os resultados mostraram que: a) não há diferenças entre os modelos e os resultados sobre tendências de amadurecimento não variam com o tempo indicando que a pesca não altera o sistema como um todo; b) os resultados de simulação de pesca se aproximam de avaliações mono-específicas, realizadas por outros autores, com dados de mesmas espécies e períodos; c) muitos autores acreditam que reservatórios tropicais são ambientes submetidos a oscilações antrópicas que alteram grandemente sua dinâmica dificultando a estabilidade, mas os resultados para o reservatório de Itaipu indicam que a estabilidade foi encontrada 16 anos após a sua formação.