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Decomposição em Ambientes Aquáticos

Apresentação sobre Decomposição no I Curso de Verão em Limnologia

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Processos ecológicos
em zonas ripárias
Aurea Lemes
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1
Fevereiro
2015
2
1.Dinâmica da Matéria orgânica
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2.Processo de decomposição foliar 3.Métodos de amostragens
3
Zonas ripárias
Introdução
4
5
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• “Interface entre os ecossistemas
aquáticos e terrestres”
• “Compartimento fundamental
para o funcionamento dos
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• River Continuum Concept (Vannote et al. 1980)
• Localizadas ao longo das margens dos
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Decomposição em Ambientes Aquáticos

  • 1. Processos ecológicos em zonas ripárias Aurea Lemes Pós- doutoranda PNPD-UFSC 1 Fevereiro 2015
  • 2. 2 1.Dinâmica da Matéria orgânica Processos ecológicos em zonas ripárias 2.Processo de decomposição foliar 3.Métodos de amostragens
  • 4. 4
  • 5. 5
  • 6. 6 • “Interface entre os ecossistemas aquáticos e terrestres” • “Compartimento fundamental para o funcionamento dos ecossistemas aquáticos” • River Continuum Concept (Vannote et al. 1980) • Localizadas ao longo das margens dos rios e cabeceiras de drenagens • Dinâmicos  heterogeneidade florística  alterações na composição da vegetação Definições
  • 7. 7 1965 (lei 4.771)  criação do Código Florestal Áreas de preservação permanente Limita a ocupação e proíbe a sua supressão consequência 2012 (lei 12.651) Modificações feitas no código florestal Zonas ripárias tornaram-se mais vulneráveis o Inserção de novas justificativas para a supressão/diminuição das zonas ripárias. Consequências
  • 8. 8  Exercem importantes funções ecológicas, sociais e econômicas: o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica o Filtro natural para as águas superficiais o Controle da erosão das margens o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa o Importante corredor ecológico o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos adjacentes Participação nos processos ecossistemas aquáticos Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas
  • 9. 9 guiaecologico.wordpress.com caliandradocerrado.com.br Processo de urbanização + crescimento das áreas agrícolas Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos Benefícios diretos e indiretos obtidos pelo homem a partir dos ecossistemas Provisão de alimentos Formação dos solos Manutenção da qualidade da água
  • 10. 10 Tundisi & Tundisi (2010) Processo de urbanização + crescimento das áreas agrícolas Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos Benefícios diretos e indiretos obtidos pelo homem a partir dos ecossistemas guiaecologico.wordpress.com caliandradocerrado.com.br
  • 11. 11  Exercem importantes funções ecológicas o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica o Filtro natural para as aguas superficiais o Controle da erosão das margens o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa o Importante corredor ecológico o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos adjacentes Participação nos processos ecossistemas aquáticos Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas
  • 12. 12JFG Júnior .... todo material orgânico produzido fora do ecossistema que é incorporada posteriormente como energia no ecossistema... O que é Matéria Orgânica Alóctone? Rio de zona temperadas Rio de zona tropical
  • 13. 13 Folhas, galhos, frutos, sementes, entre outros Conectar os ecossistemas aquáticos e terrestres
  • 14. o Entrada vertical: a partir da vegetação ripária sobre o riacho 14 o Entrada horizontal: transferência de matéria orgânica estocada no solo através do escoamento de água, ventos e movimento de animais Entrada da matéria orgânica alóctone Dinâmica de matéria orgânica alóctone
  • 15. oriundas da vegetação ripária Radiação solar RIACHOS Ambientes aquáticos Autóctones Alóctones 15 Conectam os ecossistemas aquáticos e terrestres Galhos, folhas e partes reprodutivas Aquaripária Importância
  • 16. 16 o Riachos de baixa ordem ou cabeceiras vegetação ripária desenvolvida  menor incidência de luz diminuindo a produção autotrófica (fitoplâncton/alga perifiticas) o Produção heterotrófica (matéria orgânica alóctone)  é a principal fonte de energia e nutrientes para as comunidades aquáticas Riachos de baixa ordem
  • 17. 17 • Conceito do Rio Continuo (Vanote, 1980) Os riachos de cabeceira e de baixa ordem são ecossistemas que funcionam como “hotspots” de diversidade transformadores da matéria orgânica proveniente dos sistemas terrestres, fornecendo recursos alimentares e centro dispersor de biodiversidade aos cursos d`água de maior ordem (Hauer & Hill, 2007)
  • 18. 18 Quais os fatores que determinam o aporte dos detritos foliares? o Composição das espécies vegetais *Decíduas *Semi-decíduas *Perenes o Características climáticas *Seca *Precipitação *Ventos
  • 19. 19 Ecossistemas temperados • Sazonal • Características das espécies vegetais • Outono/Inverno • Frio  fator determinante Fonte: Hart SK et al., 2013 19 Ecossistemas tropicais • Variável • Localização e das características da região • Ex: seca marcante • Seca fator determinante Fonte: Gonçalves et al., 2014
  • 20. 20 Ausência de um período de seca marcante Entrada contínua de detritos foliares Eventos de chuvaTempestades
  • 21. 21 Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária Estrutura e a composição da vegetação ripária influenciam na dinâmica da matéria orgânica Fenologia
  • 22. 22  122 espécies Riacho Cacheira Grande Bioma: Mata Atlântica Florianópolis-SC Lisboa et al, in press  44 espécies Riacho Doce Bioma: Cerrado Belo Horizonte-MG França et al. 2009 Riacho Garcia Bioma: transição de MA-CE Ouro Branco-MG Callisto et al. 2014  192 espécies Diferenças na composição das espécies vegetais Variações locais Biomas Tipo de vegetação dominante Altitude Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária 0 100 200 300 400 500 600 700 800 ago set out nov dez jan fev mar abr mai gramas.m-2.mês-1 MédiaVertical MédiaLaterais MédiaBêntico MédiaMatas
  • 23. 23 E este efeito pode ser agravado se o tipo de detrito foliar que entra nos riachos for composto por detritos impalatáveis (menor qualidade) Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária Remoção das zonas ripárias Mudanças na composição da vegetação ripária Estrutura e os processos funcionais Qualidade e a quantidade de detritos para o ecossistema Substituição por espécies exóticas Avanço das problemáticas ambientais
  • 24. 24 Nitrogênio Fósforo Polifenóis Lignina Celulose Carbono Qualidade química do detrito foliar NUTRIENTES ESTRUTURAIS DEFESAS QUÍMICAS Outras defesas: Cutículas e a dureza das folhas edfotos.fotosblogue.com
  • 25. Polifenóis: • Compostos defensivos produzidos pelas espécies vegetais •Proteção contra herbívoria • variam de acordo com a espécie, idade e nível de decomposição das folhas • Presença deste pode afetar a colonização microbiana, retardando a decomposição dos detritos Acta bot. bras. 23(2): 407-413. 2009 Compostos secundários durante a decomposição foliar de espécies arbóreas em um riacho do sul do Brasil Luiz Ubiratan Hepp, Rogério Delanora e André Trevisan
  • 26. Composto estrutural das plantas vasculares- conferem dureza aos tecidos vegetais Difícil decomposição Proteção contra herbivoria e infecções microbianas “...altas concentrações destes compostos estão associados com baixa colonização microbiana...” LIGNINA E CELULOSE
  • 27. 27 Qualidade do detrito + ambiente físico Comunidade decompositora consequência Atratividade Composição química e estrutura física N + colonização microbiana  Detritos palatáveis Fases finais (fungos) ou iniciais da colonização (bactérias) Nível de degradação do detrito Completo ou incompleto Estágio de colonização microbiana Lignina e Celulose  Detritos impalatáveis consequência Processamento do detrito foliar Certos tipos de detritos são especialmente atrativos para os invertebrados
  • 28. 28 Zonas ripárias Sistemas aquáticos Processos ecossistêmicos 28 Processo de Decomposição foliar
  • 29. Parte 2- Processo de decomposição foliar 29 “...mudança de estado do detrito foliar, passando de matéria orgânica particulada grossa para matéria orgânica particulada fina e dissolvida...” tempo
  • 30. Decomposição foliar Físicos Temperatura da água Vazão Biológicos Invertebrados Microorganismos Químicos nutrientes Oxigênio dissolvido Composição do detrito 30
  • 32. 32 Modelo tradicional de decomposição foliar em sistemas aquáticos: 1-Lixiviação 2-Condicionamento 3-Fragmentação Conversion to FPOM Invertebrates Colonization, Microbial Activity And Physical Decomposition Microbial Colonization and Physical Decomposition Chemistry Decomposition Leaf Fall (CPOM)
  • 33. • Início imediatamente após a imersão das folhas na água • Liberação dos compostos hidrossolúveis (proteína, aminoácidos, lipidios) • Mudanças na química inicial do detrito. • Influências intrínsecas e extrínsecas à planta. • Perda de massa – até 30 %. 33 1-Lixiviação Conversion to FPOM Invertebrates Colonization, Microbial Activity And Physical Decomposition Microbial Colonization and Physical Decomposition Chemistry Decomposition Leaf Fall (CPOM) Lixiviação
  • 34. • período de colonização e crescimento de micro-organismos no detrito foliar • Intensificam-se as modificações químicas e estruturais do detrito devido a colonização microbiana • Aumento da palatabilidade e da qualidade nutricional do detrito foliar para os invertebrados 34 2-Condicionamento Conversion to FPOM Invertebrates Colonization, Microbial Activity And Physical Decomposition Microbial Colonization and Physical Decomposition Chemistry Decomposition Leaf Fall (CPOM) Condicionamento
  • 35. 35 3-Fragmentação • resultante da abrasão física e consumo das folhas pelos invertebrados, principalmente os pertencentes ao grupo trófico funcional fragmentadorConversion to FPOM Invertebrates Colonization, Microbial Activity And Physical Decomposition Microbial Colonization and Physical Decomposition Chemistry Decomposition Leaf Fall (CPOM) Fragmentação
  • 36. 36 Adaptado de Allan (1995) Conversion to FPOM Invertebrates Colonization, Microbial Activity And Physical Decomposition Microbial Colonization and Physical Decomposition Chemistry Decomposition Leaf Fall (CPOM) Lixiviação Condicionamento Fragmentação Apesar de distintas, estas fases se sobrepõem durante a decomposição da matéria orgânica (Gessner et al. 1999) Modelo tradicional de decomposição:
  • 37. 37
  • 38. 38 Fatores biológicos: o Algas, bactérias, fungos, ciliados, flagelados, amebas e nematóides estão envolvidos no processo de decomposição dos detritos foliares alóctones o Bactérias e os fungos (hifomicetos aquáticos) são considerados os principais micro- organismos decompositores JoanArtigasAlejo-tesededoutorado 1.Micro-organismos
  • 39. 39 Bactérias e fungos hifomicetos o Capazes de produzir enzimas extracelulares que degradam os polímeros estruturais na parede celular das plantas promovendo perda de massa e suavizando os tecidos foliares para a alimentação dos invertebrados o Apesar da importância bacteriana, os hifomicetos aquáticos são os principais direcionadores deste processo. Fungos hifomicetos Início do processo de decomposição importância Bactérias Final do processo de decomposição importância
  • 40. 40 Fungos hifomicetos o Hifomicetos aquáticos são fungos anamórfos SUCESSO ADAPTAÇÕES FISIOLÓGICAS ADAPTAÇÕES MORFOLÓGICAS o ocorrem predominantemente no ambiente aquático o Apresentam reprodução assexuada, com formação de conídios (estruturas de dispersão)
  • 41. Fungos hifomicetos Adaptações morfológicas Adaptações fisiológicas 41 JoanArtigasAlejo-tesededoutorado o Produção de conídios em formatos sigmóides ou tetrarradiados o Eficiente aderência aos substratos o Produção enzimas extracelulares o Degradar polímeros estruturais Aumenta a qualidade do detrito vegetal para o consumo dos invertebrados aquáticos
  • 42. 42 Fungos hifomicetos o Temperatura o Condutividade o Velocidade da água o Oxigênio dissolvido o Nutrientes (N e P) Biomassa Atividade dos hifomicetos
  • 43. 43 Aumento da temperatura + concentração de nutrientes na coluna d’água Aumento nas taxas de decomposição foliar Estimulam o crescimento, reprodução e o metabolismo dos hifomicetos crescimento, reprodução e o metabolismo dos hifomicetos dos fungos aquáticos Nutrientes inorgânicos + baixas taxas de O2 Efeito negativo
  • 44. 44 Apresentam um aparelho bucal adaptado para macerar e rasgar partes da matéria orgânica particulada grossa “…aumentando a área disponível para a ação microbiana…” ...selecionar/rejeitar algumas espécies de folhas... Fatores biológicos: 2. Invertebrados fragmentadores
  • 45. 45 Físicos: 1. pH e velocidade da água Águas com baixos valores de pH menores coeficientes de decomposição águas ácidas inibem a atividade microbiana Águas mais agitadas Estimula a atividade microbiana e aumenta a fragmentação dos detritos Aumenta o processamento do detrito foliar Interfere na taxa de decomposição Aumenta a taxa de decomposição
  • 46. 46 Decomposição dos detritos foliares como método de avaliação ambiental conservação da zona ripária ----------------- fundamental para preservar a integridade ecológica caliandradocerrado.com.br A redução ou perda da vegetação ripária é um dos impactos ambientais mais comuns nos sistemas aquáticos consequências negativas nos parâmetros funcionais e estruturais do ecossistemas
  • 47. 47 Indicadores funcionais Indicadores estruturais Comunidade aquática e seus recursos Taxas, padrões e processos ecossistêmicos Como avaliar os efeitos dos distúrbios antrópicos sobre a integridade ecológica de riachos? Integridade ecológica dos riachos Taxa de decomposição foliar Processo integrado: liga a vegetação ripária, condições ambientais e a atividade dos invertebrados e micro-organismos
  • 48. DETRITO FOLIAR Físicos Temperatura da água Vazão Biológicos Invertebrados Microorganismos Químicos nutrientes Oxigênio dissolvido Composição do detrito 48
  • 49. 49 < Desta forma, a taxa de decomposição foliar foi mais rápida no riacho referência do que no impactado. %massremaining Breakdownrates(day-1) reference impacted Mass remaining Breakdown rates Perda de massa foliar
  • 50. 50 385 325 50 Altas [O2] + características naturais do ambiente podem ter favorecido a presença dos fungos aquáticos, principalmente hifomicetos aquáticos Eficientes no processo de decomposição foliar Biomassa dos fungos : Avaliada pela quantificação do ergosterol, lipídeo exclusivo das membranas dos fungos
  • 51. 51 • Riqueza de invertebrados foi maior no riacho referência, porém a abundância total foi maior no impactado • Capacidade dos organismos de se adaptar as mudanças ambientais Invertebrados aquáticos
  • 53. 53 Dinâmica da matéria orgânica Como avaliar o aporte de MO em riachos?
  • 56. 56 Aporte solo (1m²) Estoque bêntico (0,1024m²)
  • 57. 57 Como avaliar o decomposição foliar em riachos? Detritos foliares Litter bags incubação Incubado por n dias
  • 58. 58
  • 60. O material vegetal pode ser agrupado em 3 categorias: 1. Decomposição rápida: valor de k > 0,001 dia/1 2. Decomposição média: 0,005 dia/1 < k< 0,010 dia/1 3. Decomposição lenta: k < 0,005 dia/1