Bacterial degradation of dissolved organic matter released by Planktothrix agardhii (Cyanobacteria) / Degradação bacteriana da matéria orgânica dissolvida liberada por Planktothrix agardhii (Cyanobacteria)

Abstract Although Planktothrix agardhii often produces toxic blooms in eutrophic water bodies around the world, little is known about the fate of the organic matter released by these abundant Cyanobacteria. Thus, this study focused in estimating the bacterial consumption of the DOC and DON (dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen, respectively) produced by axenic P. agardhii cultures and identifying some of the bacterial OTUs (operational taxonomic units) involved in the process. Both P. agardhii and bacterial inocula were sampled from the eutrophic Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil). Two distinct carbon degradation phases were observed: during the first three days, higher degradation coefficients were calculated, which were followed by a slower degradation phase. The maximum value observed for particulate bacterial carbon (POC) was 11.9 mg L-1, which consisted of 62.5% of the total available DOC, and its mineralization coefficient was 0.477 day-1 (t½ = 1.45 days). A similar pattern of degradation was observed for DON, although the coefficients were slightly different. Changes in the OTUs patterns were observed during the different steps of the degradation. The main OTUs were related to the classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) and Gammaproteobacteria (3 OTUs). The genus Acinetobacter was the only identified organism that occurred during the whole process. Bacterial richness was higher at the slower degradation phase, which could be related to the small amounts of DOM (dissolved organic matter) available, particularly carbon. The kinetics of the bacterial degradation of P. agardhii-originated DOM suggests minimal loss of DOM from the Barra Bonita reservoir.

Resumo Embora Planktothrix agardhii frequentemente forme florações tóxicas em corpos d'água pelo mundo, pouco ainda se sabe sobre o destino da matéria orgânica liberada por essa abundante Cyanobacteria. Assim, este estudo foi focado na estimativa do consumo bacteriano do carbono orgânico dissolvido (DOC) e nitrogênio orgânico dissolvido (DON) produzido por culturas axênicas de P. agardhii e identificação de algumas das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) bacterianas envolvidas no processo. Ambos a linhagem de P. agardhii e o inóculo bacteriano foram amostrados do reservatório eutrófico de Barra Bonita (SP, Brasil). Foram observadas duas fases distintas da degradação do DOC: durante os três primeiros dias, coeficientes mais altos de degradação foram calculados, que foram então seguidos por uma fase mais lenta da degradação do carbono. O valor máximo calculado para o carbono bacteriano particulado (POC) foi de 11,9 mgL-1, o que equivale a aproximadamente 62,5% do DOC disponível para consumo, e o seu coeficiente de mineralização foi de 0,477 dia-1 (t1/2 = 1,45 dias). Um padrão similar de degradação foi observado para DON, embora os coeficientes sejam ligeiramente diferentes. Foram observadas mudanças nos padrões de OTUs durante os diferentes passos da degradação. As principais OTUs foram relacionadas às classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) e Gammaproteobacteria (3 OTUs). O gênero Acinetobacter foi o único organismo identificado que ocorreu durante todo o processo. A maior riqueza bacteriana foi observada durante a fase lenta de degradação, o que pode estar relacionado às pequenas quantidades de matéria orgânica dissovida (DOM) disponíveis, particularmente o carbono. A cinética da degradação bacteriana da MOD de P. agardhii, quando comparada ao tempo de retenção do reservatório, sugere que existe uma perda mínima após sua liberação em Barra Bonita.

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

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.

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.

Implication of anaerobic and aerobic decomposition of Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. on the carbon cycling in a subtropical reservoir.

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.

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.

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.

Anaerobic decomposition of a native and an exotic submersed macrophyte in two tropical reservoirs.

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.

Anaerobic decomposition of a native and an exotic submersed macrophyte in two tropical reservoirs / Decomposicao anaerobica de uma macrofita submersa nativa e de uma exotica em dois reservatorios 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.

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.

Cellulase and xylanase activity during the decomposition of three aquatic macrophytes in a tropical oxbow lagoon

Due to the connection between enzymatic activity and degradation of different fractions of organic matter, enzyme assays can be used to estimate degradation rates of particulate and dissolved organic carbon in freshwater systems. The aim of this study was to quantify and model the enzymatic degradation involving the decomposition of macrophytes, describing temporal activity of cellulases (EC 3.2.1.4 and EC 3.2.1.91) and xylanase (EC 3.2.1.8) during in situ decomposition of three aquatic macrophytes (Salvinia sp., Eichhornia azurea and Cyperus giganteus) on the surface and water-sediment interface (w-s interface) of an oxbow lagoon (Óleo lagoon) within a natural Brazilian Savanna Reserve. Overall, the enzymatic degradation of aquatic macrophytes in Óleo lagoon occurred during the whole year and was initiated together with leaching. Xylanase production was ca. 5 times higher than cellulase values due to easy access to this compound by cellulolytic microorganisms. Enzymatic production and detritus mass decay were similar on the surface and w-s interface. Salvinia sp. was the most recalcitrant detritus, with low mass decay and enzymatic activity. E. azurea and C. giganteus decomposition rates and enzymatic production were high and similar. Due to the physicochemical homogeneity observed in the Óleo lagoon, the differences between the decay rates of each species are mostly related with detritus chemical quality.

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 °C, 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.

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...

Q(10) of heterotrophic activity during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa and its effect on carbon cycling in a tropical lagoon.

In this study the Q10 coefficients of heterotrophic activities were measured during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa Wright ex Griseb from Oleo lagoon (21 degrees 36' S and 49 degrees 47' W), Luiz Antonio, SP. The bioassays were set up with fragments of U. breviscapa and incubated with lagoon water at distinct temperatures (15.3, 20.8, 25.7 and 30.3 degrees C). Periodically for 95 days, the concentrations of dissolved oxygen were determined in the bioassays. The results of the temporal variation of dissolved oxygen were fitted to a first-order kinetic model. The stoichiometric relations were calculated on the basis of these fittings. In general, the results allowed us to conclude: i) the oxygen/carbon stoichiometric relations (O/C) varied in function of temperature and time. The temporal variations of the O/C observed in the decomposition of U. breviscapa, suggest that, in the initial phases of the process, low organic carbon concentrations were enough to generate great demands of oxygen, ii) the oxygen consumption coefficients (k d) presented low variation in function of increasing temperature, iii) the increment of the temperature induced a higher consumption of oxygen (COmax) and iv) the simulations indicate that during summer, temperature activates the metabolism of decomposing microbiota.

Q10 of heterotrophic activity during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa and its effect on carbon cycling in a tropical lagoon / Q10 da atividade heterotrófica durante a decomposição aeróbia de Utricularia breviscapa e seu efeito na ciclagem do carbono da lagoa do óleo

In this study the Q10 coefficients of heterotrophic activities were measured during aerobic decomposition of Utricularia breviscapa Wright ex Griseb from Óleo lagoon (21° 36' S and 49° 47' W), Luiz Antonio, SP. The bioassays were set up with fragments of U. breviscapa and incubated with lagoon water at distinct temperatures (15.3, 20.8, 25.7 and 30.3 °C). Periodically for 95 days, the concentrations of dissolved oxygen were determined in the bioassays. The results of the temporal variation of dissolved oxygen were fitted to a first-order kinetic model. The stoichiometric relations were calculated on the basis of these fittings. In general, the results allowed us to conclude: i) the oxygen/carbon stoichiometric relations (O/C) varied in function of temperature and time. The temporal variations of the O/C observed in the decomposition of U. breviscapa, suggest that, in the initial phases of the process, low organic carbon concentrations were enough to generate great demands of oxygen, ii) the oxygen consumption coefficients (k d) presented low variation in function of increasing temperature, iii) the increment of the temperature induced a higher consumption of oxygen (COmax) and iv) the simulations indicate that during summer, temperature activates the metabolism of decomposing microbiota.

Neste estudo, foram discutidos os coeficientes Q10 das atividades heterotróficas durante a decomposição aeróbia de Utricularia breviscapa Wright ex Griseb da lagoa do Óleo (21° 36' S e 47° 49' O), Luiz Antônio, SP. Os bioensaios foram realizados com fragmentos de U. breviscapa e água da lagoa sendo incubados em diferentes temperaturas (15,3, 20,8, 25,7 e 30,3 °C). Periodicamente, por 95 dias, as concentrações de oxigênio dissolvido foram determinadas nos bioensaios. Os resultados da variação temporal de oxigênio dissolvido foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem. As relações estequiométricas foram calculadas com base nesses ajustes. De modo geral, os resultados permitiram concluir: i) as relações estequiométricas (O/C) variaram em função da temperatura e do tempo. As variações temporais dos coeficientes estequiométricos observadas na decomposição de U. breviscapa sugerem que, nas fases iniciais do processo, concentrações baixas de carbono orgânico são suficientes para gerar grandes demandas de oxigênio; ii) os coeficientes de consumo de oxigênio (k d) apresentaram baixa variação em função do incremento da temperatura; iii) o incremento da temperatura induziu um maior consumo de oxigênio (COmáx); e iv) as simulações indicaram que, durante o verão, a temperatura favoreceu o aumento do metabolismo da microbiota decompositora.

Oxygen demand during mineralization of aquatic macrophytes from an oxbow lake

This study presents a kinetic model of oxygen consumption during aerobic decomposition of detritus from seven species of aquatic macrophytes: Cabomba furcata, Cyperus giganteus, Egeria najas, Eichhornia azurea, Salvinia auriculata, Oxycaryum cubense and Utricularia breviscapa. The aquatic macrophytes were collected from Óleo Lagoon situated in the Mogi-Guaçu river floodplain (SP, Brazil). Mineralization experiments were performed using the closed bottles method. Incubations made with lake water and macrophytes detritus (500 mL and 200 mg.L-1 (DM), respectively) were maintained during 45 to 80 days at 20 °C under aerobic conditions and darkness. Carbon content of leachates from aquatic macrophytes detritus and dissolved oxygen concentrations were analyzed. From the results we concluded that: i) the decomposition constants differ among macrophytes; these differences being dependent primarily on molecular and elemental composition of detritus and ii) in the short term, most of the oxygen demand seems to depend upon the demineralization of the dissolved carbon fraction.

Nesse estudo foi utilizado um modelo cinético para a descrição dos consumos de oxigênio durante a mineralização aeróbia de detritos de sete espécies de macrófitas aquáticas: Cabomba furcata, Cyperus giganteus, Egeria najas, Eichhornia azurea, Salvinia auriculata, Oxycaryum cubense e Utricularia breviscapa. As macrófitas aquáticas foram coletadas na Lagoa do Óleo, situada na planície de inundação do rio Mogi-Guaçu (SP, Brasil). Os experimentos foram realizados empregando-se incubações similares as de DBO. As incubações foram preparadas com água da lagoa e detritos das macrófitas aquáticas (500 mL e 200 mg.L-1 (PS), respectivamente) e foram mantidas durante 45 a 80 dias a 20 °C, sob condições aeróbias e no escuro. Foram determinados os conteúdos de carbono dos lixiviados dos detritos e os consumos de oxigênio dissolvido durante a mineralização. A partir dos resultados obtidos pôde-se concluir que: i) os coeficientes de mineralização das macrófitas aquáticas diferiram entre si, essas diferenças dependeram principalmente das composições moleculares e elementares dos detritos; e ii) a curto prazo, grande parte da demanda de oxigênio parece depender da mineralização das de carbono dissolvido provenientes da lixiviação.

Oxygen uptake during mineralization of photosynthesized carbon from phytoplankton of the Barra Bonita Reservoir: a mesocosm study

This study aimed to discuss and describe the oxygen consumption during aerobic mineralization of organic products (cells and excretion products) from five unialgal cultures: Cryptomonas sp., Microcystis aeruginosa, Anabaena spiroides, Thalassiosira sp. and Aulacoseira granulata. These species were isolated from Barra Bonita reservoir (22º 29’ S and 48º 34’ W) and cultivated in the laboratory. From each culture, two decomposition chambers were prepared; each chamber contained about 130 mg.L-1 of carbon from water samples of the reservoir. The chambers were aerated and incubated in the dark at 20.0 ºC. The concentration of dissolved oxygen, pH values and electrical conductivity of the solutions were determined during a period of 10 days. The results indicated increases in oxygen consumption for all the solutions studied and also for electrical conductivity. The pH values presented a decreasing tendency throughout the experiment. Oxygen consumption varied from 43 (Aulacoseira granulata chamber) to 345 mg O2 g-1 C (Anabaena spiroides chamber). Decrease in pH values was probably due to increase in CO2 concentration from microbial respiration. Increase in electrical conductivity might be due to the liberation of ions during decomposition. The results demonstrate the potentiality of the studied genera in influencing oxygen availability followed by a die-off event. It also indicates the possibility of changing of the electrical conductivity and pH values in the water column due the aerobic algae mineralization.

Este estudo teve por objetivo descrever e discutir aspectos do consumo de oxigênio decorrente da mineralização aeróbia de células e produtos de excreção provenientes de cinco culturas de algas: Cryptomonas sp., Microcystis aeruginosa, Anabaena spiroides, Thalassiosira sp. e Aulacoseira granulata. As algas foram isoladas do reservatório de Barra Bonita (22º 29’ S e 48º 34’ W) e cultivadas em laboratório. Para cada cultura, foram preparadas duas câmaras de mineralização; cada garrafa conteve, em base de carbono, cerca de 130 mg.L-1 em amostras de água do reservatório. As câmaras foram aeradas e incubadas no escuro a 20 ºC. Durante um período de 10 dias, foram determinadas as concentrações de oxigênio dissolvido, pH e condutividade elétrica das misturas. Os resultados indicaram incrementos nos consumos de oxigênio e de condutividade elétrica e decréscimos nos valores de pH. O consumo de oxigênio variou de 43 (experimento com Aulacoseira granulata) a 345 mg O2 g-1 C (experimento com Anabaena spiroides). Os aumentos dos valores de condutividade elétrica provavelmente decorreram da liberação de íons durante a decomposição. Para o pH, a diminuição dos valores foi provavelmente resultante do incremento das concentrações de CO2 provenientes da respiração dos microrganismos. Os resultados sugeriram para a represa de Barra Bonita, a possibilidade de incremento das demandas de oxigênio em função da degradação dos gêneros selecionados. Visto que esse reservatório é eutrófico, os resultados indicam também a possibilidade de alterações da condutividade elétrica da água e do pH devido à mineralização aeróbia de algas.

Hydrologic cycle and dynamics of aquatic macrophytes in two intermittent rivers of the semi-arid region of Brazil

A dinâmica de macrófitas aquáticas em rios intermitentes está relacionada com as características de resistência e resiliência das plantas as perturbações hidrológicas da cheia e da seca. A região semi-árida do Brasil apresenta rios e riachos intermitentes, com ocorrência de eventos de perturbação em diferentes graus de intensidade, freqüência e duração ao longo de um ciclo hidrológico. O objetivo deste estudo foi determinar a ocorrência e variação de biomassa de espécies de macrófitas aquáticas em dois rios intermitentes de regime hidrológico distintos. A dinâmica foi determinada pelas respostas de resistência e resiliência das plantas aos eventos de cheia e de seca, através da variação da biomassa e produtividade ao longo de dois ciclos hidrológicos. Foram realizadas 21 visitas de campo durante as fases de reinundação, vazante e seca, em uma poça permanente localizada no riacho Avelós e duas poças temporárias no rio Taperoá, estado da Paraíba, Brasil. A amostragem foi feita de acordo com o método dos quadrados. Durante o estudo ocorreram cheias de diferentes magnitudes no rio e no riacho. Os resultados mostram a cheia e a seca como fatores determinantes na ocorrência e na estrutura da comunidade de macrófitas aquáticas. A riqueza da comunidade de macrófitas aquáticas foi menor nas poças do rio e riacho, sujeitos a eventos de cheia, quando comparada com a área de retenção de água, formada principalmente por escoamento superficial. A intensidade das cheias foi determinante no início da recolonização, na produtividade e na biomassa das espécies de macrófitas aquáticas no rio Taperoá e no riacho Avelós. Os maiores valores de produtividade, biomassa e o menor tempo para o início da recolonização ocorreram em níveis intermediários de perturbação.

The effect of the size of particles on mineralization of Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye

Ensaios foram realizados para avaliar os efeitos de tamanho dos detritos na mineralização de uma macrófita aquática, a Oxycaryum cubense. Foram coletadas amostras de planta e de água de uma lagoa marginal, a lagoa do Infernão (21° 35' S e 47° 51' W), localizada na planície de inundação do rio Mogi Guaçu. As plantas foram levadas ao laboratório, lavadas em água corrente, secas (50 °C) e fracionadas em seis grupos de acordo com o tamanho: 100, 10, 1,13, 0,78, 0,61 e 0,25 mm. Foram preparadas câmaras de decomposição adicionando aproximadamente 1,0 g de fragmentos de planta em 4,1 L de água da lagoa. Na seqüência, as incubações foram aeradas e as concentrações de oxigênio dissolvido, o pH, a condutividade elétrica e a temperatura foram monitorados durante 120 dias. A ocorrência de processos de anaeróbios foi evitada por reoxigenação das soluções. Os resultados experimentais foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem e o consumo de oxigênio dissolvido decorrente da mineralização foi obtido. De maneira geral, o processo físico de fragmentação não tende a envolver maiores quantidades de oxigênio durante a mineralização aeróbia dos detritos, significando que a fragmentação não interfere no balanço de oxigênio dissolvido deste sistema aquático; entretanto favoreceu a acidificação e também a liberação de íons dissolvidos na lagoa do Infernão.

Oxygen uptake during mineralization of humic substances from Infernão Lagoon (São Paulo, Brazil)

Foram realizados ensaios a fim de avaliar o consumo de oxigênio dissolvido resultante da mineralização de substâncias húmicas (ácido fúlvico - AF e ácido húmico - AH) provenientes de diferentes fontes: sedimento, matéria orgânica dissolvida (MOD) resultante de 120 dias de degradação de macrófitas aquáticas (Scirpus cubensis e Cabomba piauhyensis) e MOD da lagoa do Infernão. O experimento também teve por objetivo estimar os coeficientes de consumo de oxigênio durante a mineralização. Cerca de 20-30 mg de substratos foram adicionados a 1,1 litro de água da lagoa do Infernão (21º33' a 21º37'S; 47º45' a 47º51'W). As soluções foram aeradas e o oxigênio dissolvido (OD) foi monitorado durante 40 dias. O carbono orgânico dissolvido (COD) e o particulado (COP) foram estimados após 80 dias. Os processos anaeróbios foram evitados aerando-se as soluções. Os resultados foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem e os parâmetros do consumo de oxigênio foram obtidos. O consumo de oxigênio (CO) variou de 4,24 mg L-1 (AH - S. cubensis) a 33,76 mg L-1 (AF - sedimento). O coeficiente de desoxigenação mais elevado (kD) foi observado durante mineralização do AF - MOD (0,299 dia-1), seguido em ordem decrescente: AF - S. cubensis, AH - sedimento, AH - S. cubensis, AF - sedimento e AF - C. piauhyensis (0,282; 0,255; 0,178; 0,130; e 0,123 dia-1, respectivamente). As análises de carbono indicaram que o AF e o AH ao final do experimento apresentaram decaimento de 15,23% a 42,35% e que as conversões de AF e de AH em COP foram relativamente baixas (0,76% a 3,94%).

The effect of particle size on the leaching of Scirpus cubensis Poepp & Kunth.

An investigation was made on the effects of detritus particle size on leaching rates in organic matter, and the associated environmental changes caused by detritus re-cycling in an oxbow lake (Lagoa do Infernão). Experiments were conducted during the decay of an aquatic macrophyte specie, S. cubensis, which in turn led to the formation of colored compounds. The S. cubensis were collected from the Lagoa do Infernão and taken to the laboratory where they were washed, dried, and fractionated using a sieve pedological set. The detritus was classified into six groups according to size, viz. 100, 10, 1.13, 0.78, 0.61, and 0.25 mm. Overall, the fragmentation process tended to increase the detritus fraction to be dissolved and to decrease the leaching rates owing to the possible dissolution of refracting matter. Fragmentation also caused the amount of colored compounds to increase and appeared to favor dissolved electrolyte release. Finally, in Lagoa do Infernão fragmentation is probably mediated by the metabolic action of benthic communities.

Methodological tests of a heterotrophy index for aquatic ecosystems

Experiments in glucose mineralization were carried out to investigate the effects caused by natural forcing functions on both the decomposition rates and heterotrophy capacity of aquatic ecosystems. In addition, the methodology used could show connections between mineralization rates measured in both laboratory and field work with those measured in aquatic ecosystems. Water samples from Infernäo lagoon (21º35'S and 47º51'W) were collected, filtered, enriched with glucose, and incubated under aerobic and anaerobic conditions. The glucose concentration variation, dissolved oxygen (DO) consumption, pH, electric conductivity, and total CO2 amount in the water were determined for sixteen days. In the period with intense oxygen consumption there was also an evident glucose demand and the dissolved oxygen consumption rate was approximately the same as that for glucose mineralization. The process in the aerobic chambers was 2.2 times faster than that in the anaerobic chambers. An initial acidification of the water samples, probably due to microbial carbonic acid liberation, was noted. A rise in pH values was also observed at the end of the process. The electric conductivity was low for both aerobic and anaerobic chambers, indicating a probable ion uptake by microbial organisms due to the presence of carbon sources. The glucose content variations corresponded to both CO2 formation and dissolved oxygen consumption. It was estimated that 19.4 percent of the initial glucose content turned into CO2 and the remaining 80.6 percent into humic compounds and microbial biomass. This experiment showed that glucose can be used as a substrate indicating the heterotrophy of a given aquatic ecosystem.