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.

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)

Toxicity and genotoxicity of water and sediment from streams on dotted duckweed (Landoltia punctata) / Toxicidade e genotoxicidade da água e sedimentos dos córregos em lentilha d'água (Landoltia punctata)

Most rivers are used as a source to supply entire cities; the quality of water is directly related to the quality of tributaries. Unfortunately men have neglected the importance of streams, which receive domestic and industrial effluents and transport nutrients and pesticides from rural areas. Given the complexity of the mixtures discharged into these water bodies, this study aimed to evaluate the quality of water and sediment of ten tributaries of Pirapó River, in Maringá, Paraná State, Brazil. To this end, the free-floating macrophyte Landoltia punctata (G. Meyer) Les & D.J.Crawford was used as test organism in microcosm, and the toxicity of water and sediment samples was evaluated by the relative growth rate, dry/fresh biomass ratio, and genotoxic effects (comet assay). Samples of water and sediment of each stream were arranged in microcosms with L. punctata. Seven days later, plants were collected for analysis. Nutrient levels were higher than the reference location, indicating eutrophication, but the results indicated a toxic effect for only three streams, and a genotoxic effect for all streams.(AU)

Muitos rios são utilizados como fonte de abastecimento de cidades inteiras e a qualidade de suas águas está relacionada diretamente à qualidade de seus afluentes. Infelizmente córregos têm sua importância negligenciada pelo homem sendo alvo de despejos domésticos e industriais e também do carreamento de nutrientes e pesticidas das áreas rurais. Diante da complexidade das misturas que atingem estes corpos d'água, o presente estudo teve por objetivo avaliar a qualidade da água e do sedimento de dez afluentes do rio Pirapó no município de Maringá, Estado do Paraná. Utilizou-se a macrófita aquática flutuante Landoltia punctata (G. Meyer) Les & D.J.Crawford como organismo teste em microcosmos, sendo que a toxicidade das amostras de água e sedimento foi avaliada pela taxa de crescimento relativo, pelo índice de biomassa seca por fresca, e pelos efeitos genotóxicos (ensaio de cometa). Amostras de água e sedimento de cada córrego foram dispostos em microcosmos com L. punctata. Após 7 dias as plantas foram coletadas para as análises. Os níveis de nutrientes foram maiores que o do local de referência indicando eutrofização; porém, os resultados indicaram efeito tóxico em apenas três dos córregos e genotóxico em todos os córregos.(AU)

The ichthyofauna of drifting macrophyte mats in the Ivinhema River, upper Paraná River basin, Brazil

We describe the fish assemblages associated with drifting macrophyte mats and consider their possible role as dispersal vectors in the Ivinhema River, a major tributary of the upper Paraná River, Brazil. Fish associated with drifting mats were sampled in the main river channel during January and March 2005, when the wind and/or the increased water level were sufficient to transport macrophyte stands. Fish in the drifting mats were sampled with a floating sieve (4 m long x 2 m wide x 0.6 m high, and 2 mm mesh size). In the laboratory, larvae, juvenile, and adult fish were counted and identified to the lowest possible taxonomic level. In four drifting macrophyte mats we captured 218 individuals belonging to at least 28 species, 17 families, and 6 orders. Aphyocharax dentatus, Serrasalmus spp., and Trachelyopterus galeatus were the most abundant taxa associated with the mats, but species richness ranged from 6 to 24 species per mat. In addition, 85 percent of the total number of individuals caught was larvae and juveniles. Although preliminary and based on limited samples, this study of drifting macrophyte mats was the first one in the last unregulated stretch of the Paraná River remaining inside Brazilian territory, and alerts us to the potential role of macrophytes mats as dispersers of fish species in the region.(AU)

Nesse trabalho as assembleias de peixes associadas a bancos de macrófitas flutuantes à deriva foram descritas. Além disso, foi considerado o possível papel desses bancos como vetores de dispersão no rio Ivinhema, importante tributário do alto rio Paraná, Brasil. Os peixes associados aos bancos à deriva foram amostrados no canal principal desse rio, entre os meses de Janeiro a Março de 2005, quando o vento e/ou o aumento no nível da água foram suficientes para transportar os bancos de macrófitas. Os peixes foram amostrados com uma rede flutuante (4 m de comprimento x 2 m de largura x 0,6 m de altura e 2 mm de tamanho de malha). No laboratório, larvas, jovens e adultos foram contados e identificados ao menor nível taxonômico possível. Nos quatro bancos de macrófitas flutuantes a deriva foram capturados 218 indivíduos pertencentes à pelo menos 28 espécies, 17 famílias e 6 ordens. Aphyocharax dentatus, Serrasalmus spp. e Trachelyopterus galeatus foram os táxons mais abundantes associados aos bancos de macrófitas à deriva, mas a riqueza de espécie variou entre 6 e 24 espécies por banco. Além disso, 85 por cento do total do número de indivíduos capturados foram larvas e juvenis. Embora preliminar e baseado em amostragens limitadas, este estudo, conduzido em bancos de macrófitas flutuantes à deriva, foi o primeiro no último trecho não regulado do rio Paraná em território brasileiro, e alerta para o papel potencial que os bancos de macrófitas têm como dispersores de peixes na região.(AU)

Mercury contents in aquatic macrophytes from two reservoirs in the Paraíba do Sul: Guandú river system, SE Brazil

This paper reports on a study to determine the Hg content in the five most abundant aquatic macrophyte species (Elodea densa, Sagittaria montevidensis, Salvinia auriculata, Pistia stratiotes and Eichhornia crassipes) in two artificial reservoirs flooded by water diverted from the Paraíba do Sul river, SE Brazil. The potential of these species for Hg accumulation and their role in Hg transport along the river system due to macrophyte management were evaluated. Mercury concentrations were higher in free-floating than in rooted species. Roots were also richer in Hg than were leaves. Dry weight Hg concentrations in leaves and roots from all species varied from 46-246 ng.g-1 to 37-314 ng.g-1, respectively. These values are higher than those reported for uncontaminated lakes in Brazil and in other tropical areas and similar to those reported for moderately contaminated sites. Mercury concentrations can be attributed to fluvial transport from the heavily industrialized Paraíba do Sul river basin. Intensive sampling of Pistia stratiotes from two sites in the Vigário reservoir was performed to evaluate the capacity of Hg incorporation in short periods of time. The results showed a significant negative correlation between Hg content and size class of individual plants, demonstrating the importance of juveniles, fast growing plants in absorbing Hg. The foremost impact related to Hg contents in the studied area concerns the periodic removal of macrophytes for reservoir management, followed by disposal in nearby areas. This results in the mobilization of 0.52 to 1.3 Kg of Hg per year, a significant fraction of the Hg burden present in reservoir waters. Disposal of such material may result in Hg leaching to river systems, affecting the Hg transfer throughout the basin.

O presente estudo apresenta as concentrações de Hg em cinco espécies abundantes de macrófitas aquáticas (Elodea densa, Sagittaria montevidensis, Salvinia auriculata, Pistia stratiotes e Eichhornia crassipes) coletadas em duas represas que recebem águas da transposição do rio Paraíba do Sul, SE do Brasil. A acumulação de Hg nessas espécies e seu papel no transporte de Hg ao longo do sistema fluvial devido ao manejo das macrófitas são discutidos. As concentrações de Hg foram maiores nas macrófitas flutuantes que nas enraizadas. Em geral, as raízes apresentaram maiores concentrações de Hg que as folhas para todas as espécies. As concentrações de Hg variaram de acordo com as espécies entre 46-246 ng.g-1 e 37-314 ng.g-1, respectivamente. Estas concentrações são maiores que aquelas relatadas para macrófitas coletadas em lagos não contaminados no Brasil e em outras regiões tropicais, e similares àquelas relatadas para áreas moderadamente contaminadas. As concentrações de Hg podem ser atribuídas ao transporte fluvial a partir da região industrializada do vale do rio Paraíba do Sul. Uma amostragem intensiva de Pistia stratiotes na represa do Vigário foi realizada para avaliar a capacidade de incorporação de Hg por esta macrófita. Os resultados mostraram uma correlação negativa, significativa, entre as concentrações de Hg e o tamanho dos indivíduos, demonstrando a importância de juvenis desta espécie na absorção de Hg. A retirada periódica de macrófitas da represa, seguida por sua disposição em áreas adjacentes, pode afetar a dinâmica do Hg. Os resultados mostram uma mobilização de 0,52 a 1,3 kg Hg por ano, uma fração significativa da carga total de Hg presente nas águas da represa. A disposição inadequada deste material poderá resultar em um aumento da mobilização de Hg na bacia.

Mercury contents in aquatic macrophytes from two reservoirs in the Paraíba do Sul: Guandú river system, SE Brazil

This paper reports on a study to determine the Hg content in the five most abundant aquatic macrophyte species (Elodea densa, Sagittaria montevidensis, Salvinia auriculata, Pistia stratiotes and Eichhornia crassipes) in two artificial reservoirs flooded by water diverted from the Paraíba do Sul river, SE Brazil. The potential of these species for Hg accumulation and their role in Hg transport along the river system due to macrophyte management were evaluated. Mercury concentrations were higher in free-floating than in rooted species. Roots were also richer in Hg than were leaves. Dry weight Hg concentrations in leaves and roots from all species varied from 46-246 ng.g-1 to 37-314 ng.g-1, respectively. These values are higher than those reported for uncontaminated lakes in Brazil and in other tropical areas and similar to those reported for moderately contaminated sites. Mercury concentrations can be attributed to fluvial transport from the heavily industrialized Paraíba do Sul river basin. Intensive sampling of Pistia stratiotes from two sites in the Vigário reservoir was performed to evaluate the capacity of Hg incorporation in short periods of time. The results showed a significant negative correlation between Hg content and size class of individual plants, demonstrating the importance of juveniles, fast growing plants in absorbing Hg. The foremost impact related to Hg contents in the studied area concerns the periodic removal of macrophytes for reservoir management, followed by disposal in nearby areas. This results in the mobilization of 0.52 to 1.3 Kg of Hg per year, a significant fraction of the Hg burden present in reservoir waters. Disposal of such material may result in Hg leaching to river systems, affecting the Hg transfer throughout the basin.

O presente estudo apresenta as concentrações de Hg em cinco espécies abundantes de macrófitas aquáticas (Elodea densa, Sagittaria montevidensis, Salvinia auriculata, Pistia stratiotes e Eichhornia crassipes) coletadas em duas represas que recebem águas da transposição do rio Paraíba do Sul, SE do Brasil. A acumulação de Hg nessas espécies e seu papel no transporte de Hg ao longo do sistema fluvial devido ao manejo das macrófitas são discutidos. As concentrações de Hg foram maiores nas macrófitas flutuantes que nas enraizadas. Em geral, as raízes apresentaram maiores concentrações de Hg que as folhas para todas as espécies. As concentrações de Hg variaram de acordo com as espécies entre 46-246 ng.g-1 e 37-314 ng.g-1, respectivamente. Estas concentrações são maiores que aquelas relatadas para macrófitas coletadas em lagos não contaminados no Brasil e em outras regiões tropicais, e similares àquelas relatadas para áreas moderadamente contaminadas. As concentrações de Hg podem ser atribuídas ao transporte fluvial a partir da região industrializada do vale do rio Paraíba do Sul. Uma amostragem intensiva de Pistia stratiotes na represa do Vigário foi realizada para avaliar a capacidade de incorporação de Hg por esta macrófita. Os resultados mostraram uma correlação negativa, significativa, entre as concentrações de Hg e o tamanho dos indivíduos, demonstrando a importância de juvenis desta espécie na absorção de Hg. A retirada periódica de macrófitas da represa, seguida por sua disposição em áreas adjacentes, pode afetar a dinâmica do Hg. Os resultados mostram uma mobilização de 0,52 a 1,3 kg Hg por ano, uma fração significativa da carga total de Hg presente nas águas da represa. A disposição inadequada deste material poderá resultar em um aumento da mobilização de Hg na bacia.