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Prof. Dr. Sávio Guerreiro Ministério da Educação Universidade Federal Rural da Amazônia Instituto Socioambiental e dos Recursos Hídricos ISARH Curso de Engenharia de Pesca Limnologia Eutrofização Artificial Belém/Out-2024
Definições e Tipos de Eutrofização •Origem do termo "trófico" • Deriva do grego antigo e refere-se à alimentação ou nutrição. • Central na ecologia, usado em conceitos como “cadeias tróficas” ou “redes tróficas”. •Significado de "eutrófico" • “Eu” = muito; “trófico” = nutrição. • Em contraste com “oligotrófico” (pouco nutrido). •Definição de Eutrofização • Aumento da concentração de nutrientes (especialmente fósforo e nitrogênio) em ecossistemas aquáticos. • Leva a um aumento da produtividade biológica e a alterações no funcionamento do ecossistema.
•Processo de Enriquecimento Nutricional • Ecossistemas aquáticos podem evoluir de oligotróficos/mesotróficos para eutróficos ou hipereutróficos.
Origem e Uso do Termo Eutrofização •Uso original do termo "eutrófico" • Introduzido na piscicultura alemã para descrever aumento de produtividade em tanques. • Prática comum: adição de carbonato de cálcio em solos ácidos para elevar o pH e aumentar a fertilidade. •Conceito na Ecologia • Eutrofização: aumento da fertilidade em ecossistemas aquáticos continentais. • Relacionado ao aumento da produtividade biológica. •Terminologia em Português • Termos utilizados: "eutrofização" e, raramente, "eutrofiação". • Rocha & Branco (1986) sugerem: “eutrofizar” e “eutrofização” como termos preferíveis ao invés de “eutroficar” e “eutroficação”.
Tipos de Eutrofização •Eutrofização Natural • Processo lento e contínuo. • Resulta do aporte de nutrientes pelas chuvas e águas superficiais. • Associada ao "envelhecimento natural" dos lagos. •Eutrofização Artificial (Cultural ou Antrópica) • Induzida por atividades humanas. • Fontes de nutrientes: esgoto doméstico, efluentes industriais e atividades agrícolas. • Causa o "envelhecimento precoce" dos ecossistemas lacustres.
Eutrofização Artificial e Sucessão Ecológica •Impactos da Eutrofização Artificial • Modificações qualitativas e quantitativas em comunidades aquáticas. • Alterações nas condições físicas e químicas do ambiente. • Aumento da produção, caracterizando uma forma de poluição. •Eutrofização vs. Sucessão Ecológica • Transição oligotrófico → eutrófico não é sucessão ecológica, pois o lago oligotrófico está no estado de clímax. • Equilíbrio em lagos oligotróficos: taxa de produção ≈ taxa de decomposição. •Perspectiva de Regressão do Ecossistema • Segundo Margalef (1974), as mudanças são contrárias ao conceito de sucessão. • Odum (1969): Eutrofização como "regressão" ou retorno a um estado "mais jovem".
Fontes de Eutrofização Artificial •Principais Fatores de Eutrofização Artificial • Crescimento populacional e urbanização. • Industrialização crescente. • Uso de fertilizantes químicos na agricultura. • Produção de produtos de limpeza com polifosfatos (desde 1945). •Nutrientes Estimuladores • Fosfatos e nitrogênio como principais nutrientes liberados. • Funcionam como fatores limitantes, essenciais para a produção primária via fotossíntese. •Fontes de Fósforo e Nitrogênio • Principais fontes artificiais de nutrientes para ecossistemas aquáticos.
Esgotos Domésticos como Fonte de Nutrientes •Impacto dos Detergentes Sintéticos • após a Segunda Guerra Mundial. • Aumento nos casos de eutrofização em ecossistemas lacustres. •Composição dos Detergentes • Agentes Tensoativos: reduzem a tensão superficial da água, facilitando a limpeza. • Polifosfatos: presentes como tetrassódio pirofosfato (Na₄P₂O₇) e pentassódio tripolifosfato (Na₅P₃O₁₀). •Outros Componentes • Incluem carbonatos, silicatos, reforçadores, aditivos, íons e enzimas. •Efeito dos Polifosfatos • Atuam como nutrientes que estimulam o processo de eutrofização.
Contribuição dos Produtos de Limpeza •Varia por região; pode atingir até 100% do fosfato em esgotos domésticos na Europa Central. •Exemplo: Lago Erie (EUA-Canadá) — produtos de limpeza como principal fonte de fósforo. •Suíça: Consumo diário de 2g de fosfato por habitante; uma fração significativa atinge os lagos. •Rio Reno: 60% do fosfato originado de polifosfatos de detergentes (Klotter, 1960). Excrementos Humanos e Animais •Fonte significativa de fósforo e nitrogênio. •Contribuem para a eutrofização e representam risco sanitário. •Presença de microrganismos patogênicos: bactérias e vírus que afetam humanos e animais.
Estudos de Eutrofização no Brasil — Lago Paranoá •Primeiros Estudos no Brasil • Poucos estudos sobre eutrofização até a década de 1980. • Pesquisa pioneira: Cordeiro Netto & Dutra Filho (1981) no Lago Paranoá (Brasília, DF). •Principais Descobertas • Identificação e quantificação das fontes de fosfato. • Efluentes de duas estações de tratamento de esgoto identificados como principais fontes de fosfato antropogênico. •Dados de Contribuição (1980) • Estações de tratamento: responsáveis por 70% do fosfato, equivalente a 82 toneladas/ano. • Suposição: detergentes são a maior fração do fosfato nos efluentes.
Estudos de Eutrofização no Brasil — Lago Paranoá •Primeiros Estudos no Brasil • Poucos estudos sobre eutrofização até a década de 1980. • Pesquisa pioneira: Cordeiro Netto & Dutra Filho (1981) no Lago Paranoá (Brasília, DF). •Principais Descobertas • Identificação e quantificação das fontes de fosfato. • Efluentes de duas estações de tratamento de esgoto identificados como principais fontes de fosfato antropogênico. •Dados de Contribuição (1980) • Estações de tratamento: responsáveis por 70% do fosfato, equivalente a 82 toneladas/ano. • Suposição: detergentes são a maior fração do fosfato nos efluentes.
Efluentes Industriais como Fonte de Nutrientes •Impacto dos Efluentes Industriais • Causam grandes alterações nos níveis de fósforo e nitrogênio em lagos. •Principais Fontes de Efluentes • Indústrias de processamento de alimentos: principais fontes de efluentes orgânicos ricos em fósforo e nitrogênio. •Efeitos sobre o Metabolismo Aquático • Efluentes influenciam o metabolismo de oxigênio em ecossistemas aquáticos. • Sob baixas concentrações de oxigênio, o íon fosfato é mais facilmente liberado do sedimento, aumentando a disponibilidade de nutrientes.
Efluentes Agropastoris como Fonte de Nutrientes •Comparação entre Atividades Agrícola e Pastoral • Pastoral: Efeitos reduzidos na eutrofização. • Excrementos de ruminantes (ex: bois, carneiros) têm baixas concentrações de fósforo e nitrogênio. • relativamente altas em relação a outras fontes de matéria orgânica. • Agrícola: Principal fonte de fósforo e nitrogênio para ecossistemas lacustres. •Impacto da Atividade Agrícola • Aumento do uso de fertilizantes nitrogenados e fosfatados desde a década de 1940. • Perdas de nutrientes por: • Lavagem do solo após chuvas. • Percolação de nutrientes solúveis, principalmente nitrogênio, para o lençol freático.
Efluentes Agropastoris como Fonte de Nutrientes •Dados de Perda de Nutrientes • Em áreas agrícolas adubadas, perdas de 16 a 25% de nitrogênio e 0,7 a 1,4% de fósforo. • Contribuições variam conforme topografia, drenagem e precipitação. •Contribuição ao Lago Paranoá • Escoamento superficial representa 6,7% do aporte total de fósforo. • Considerando pequenos tributários, contribuição das águas superficiais alcança cerca de 30% do aporte total.
As Chuvas como Fonte de Nutrientes •Importância das Chuvas • As chuvas são uma fonte significativa de fósforo e nitrogênio, especialmente em áreas de intensa poluição atmosférica. •Dados sobre Aporte de Nitrogênio • Precipitação média anual: 800 mm. • Concentrações de amônia: 10 a 350 mg/m³. • Concentrações de nitrato: 45 a 450 mg/m³. • Aporte anual de nitrogênio inorgânico na Europa Central: 44 a 600 kg/km². • Em regiões específicas, como Solling (Alemanha), o aporte médio chegou a 2.000 kg/km².
•Dados sobre Aporte de Fósforo • Concentração média de fósforo na água da chuva: 10 a 680 mg/m³. • Aporte de fósforo de até 544 kg/km² por ano em regiões industriais. • No lago Constança (Alemanha-Suíça), fósforo atmosférico corresponde a 12% da carga total do lago. •Estudo de Caso: Lago Paranoá • Aporte de fósforo e nitrogênio pela precipitação: 0,8 kg/ano. • Representa 0,7% do aporte total do lago. • Outros lagos em regiões poluídas podem apresentar valores ainda mais elevados. •Impacto do Tráfego Rodoviário • Lagos próximos a rodovias recebem aporte adicional de fósforo e nitrogênio durante as chuvas. • Concentração de fósforo em águas pluviais de rodovias é 2 vezes maior que em áreas florestadas; nitrogênio é 4 vezes maior.
Consequências da Eutrofização Artificial •Alterações na Concentração de Nutrientes • Eutrofização artificial provoca mudanças significativas na estrutura e funcionamento dos ecossistemas límnicos. •Reação em Cadeia • Considerada uma reação em cadeia de causas e efeitos. • Principais características incluem a quebra da estabilidade do ecossistema (homeostasia). •Conceito de Homeostasia • Refere-se ao equilíbrio entre produção, consumo e decomposição da matéria orgânica. • Eutrofização leva a um estado de desequilíbrio.
•Impactos no Metabolismo • O ecossistema começa a produzir mais matéria orgânica do que consegue consumir e decompor. • Resulta em alterações profundas no metabolismo de todo o ecossistema.
Concentração de Nutrientes na Eutrofização Artificial •Aumento de Elementos Químicos Essenciais • Durante a eutrofização artificial, observa-se um aumento da concentração de quase todos os nutrientes essenciais à produtividade primária. •Variabilidade nas Concentrações • O aumento varia conforme o tipo de influência ao qual o ecossistema é submetido: • Esgotos domésticos • Efluentes industriais • Atividade agrícola •Importância do Fosfato • O fosfato é o nutriente mais relevante no processo de eutrofização. • Estudos sobre o papel do fosfato são mais numerosos em comparação com outros nutrientes.
Lago Paranoá e a Eutrofização Artificial •Importância do Lago Paranoá • Um dos ecossistemas lacustres brasileiros mais estudados em relação à dinâmica de nutrientes e estrutura de comunidades. • Papel único na urbanística de Brasília e uma das principais áreas de lazer da população local. •Histórico de Eutrofização • Formação do lago iniciada em 1959. • Sinais crescentes de eutrofização artificial desde então (Cordeiro Netto & Dutra Filho, 1981). •Consequências da Eutrofização • Frequentes Florações de Algas • Especialmente a cianobactéria Anabaenopsis raciborskii. • Redução progressiva das possibilidades de uso múltiplo do lago.
Lago Paranoá e a Eutrofização Artificial •Causas das Florações de Algas • Má utilização da bacia de drenagem do lago. • Lançamento contínuo de efluentes ricos em nutrientes. Aporte Total de Fosfato •Em 1980, o aporte total foi de 116 toneladas. Destinação do Fosfato •Exportação através do vertedouro: • 23 toneladas (20% do total) foram exportadas. •Retenção no Sedimento: • 79 toneladas (85%) precipitaram e foram retidas no sedimento. •Coluna d'água: • 14 toneladas (15%) permaneceram na coluna d'água, disponíveis para absorção pelos organismos produtores, especialmente fitoplâncton.
Lago Paranoá e a Eutrofização Artificial Concentração de Fosfato •O lago apresentava uma concentração de 0,08 mg L⁻¹ de fosfato total. •Esta concentração não é limitante para o crescimento do fitoplâncton, ao contrário da maioria dos ecossistemas lacustres.
Consequências da Eutrofização Artificial na Comunidade Fitoplanctônica •Efeito do Aumento de Fosfato: • O aumento na concentração de fosfato tem efeitos diretos sobre a densidade de organismos fitoplanctônicos. • Estudo de Lund (1965): 1,0 µg-P·L⁻¹ pode produzir 15 milhões de algas Astenonella. •Mudanças na Comunidade Fitoplanctônica: • Produção Primária: O aumento de fosfato não só eleva a produção fitoplanctônica, mas também altera a composição da comunidade. • Diversidade: Inicialmente, há um aumento no número de espécies e indivíduos; porém, algumas espécies emergem à custa do desaparecimento de outras.
Consequências da Eutrofização Artificial na Comunidade Fitoplanctônica •Predomínio de Espécies Eutróficas: • Em lagos eutrofizados, predominam espécies típicas como Astenonella spp., Stephanodiscus spp., e várias cianobactérias. • Durante os meses quentes, altas densidades dessas algas resultam em florações, com um número reduzido de espécies, refletindo o estágio avançado da eutrofização .
Mudanças na Comunidade Fitoplanctônica no Lago Constance •Aumento da Diversidade Fitoplanctônica: • Desde a década de 1920, o número de espécies fitoplanctônicas no lago Constance quadruplicou. •Desaparecimento de Espécies Oligotróficas: • Cyclotella, anteriormente a espécie dominante, praticamente desapareceu do ecossistema. • de Espécies Eutróficas: • Espécies típicas de lagos eutróficos começaram a dominar: • Melosira (diatomácea) • Stephanodiscus (diatomácea) • Rhodomonas (criptófica) • Mougeotia (clorofícea)
•Floração de Algas Cianofíceas: • Em 1985, foi registrada uma floração de algas composta principalmente por: • Oscillatoria limosa • Este fenômeno reflete a mudança na composição da comunidade fitoplanctônica e os impactos da eutrofização (Fontes: ELSTER, 1980; SCHMIDT, 1974; TILZER et al., 1982). • As mudanças na composição do fitoplâncton no lago Constance exemplificam o impacto da eutrofização na biodiversidade e nas dinâmicas ecológicas do lago.
Consequências do Aumento da Densidade do Fitoplâncton na Região Limnética •Mudanças na Cor da Água: • Aumento da densidade do fitoplâncton resulta em uma mudança na coloração da água: • De azul para amarelo-esverdeado. •Redução da Transparência: • Aumenta a turbidez da água, reduzindo a transparência e afetando a penetração da luz. •Impacto na Produção Primária: • A limitação da luz nas camadas inferiores prejudica a produção primária: • Apesar do aumento da produtividade primária global do ecossistema, a produção nas camadas mais profundas é comprometida.
Consequências do Aumento da Densidade do Fitoplâncton na Região Limnética •Consequências na Dinâmica de Oxigênio: • A redução da transparência contribui para a diminuição das concentrações de oxigênio: • Especialmente na interface sedimento-água. •Carga Interna: • O ambiente anaeróbico nas camadas inferiores pode estimular a liberação de fósforo pelos sedimentos: • Este fenômeno é conhecido como “carga interna”, intensificando o ciclo de eutrofização. • O aumento da densidade do fitoplâncton tem consequências significativas na dinâmica do ecossistema aquático, afetando a luz, a oxigenação e a produção primária nas diferentes camadas do lago.
Consequências do Processo de Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas •Estágio Inicial da Eutrofização: • Aumento do Crescimento de Macrófitas: • Nos estágios iniciais, a eutrofização artificial favorece o crescimento de diferentes grupos de macrófitas aquáticas. •Evolução da Eutrofização: • Relação Inversa em Estágios Avançados: • Em lagos com eutrofização avançada, ocorre um forte crescimento de algas filamentosas na região litorânea. •Efeito das Algas Filamentosas: • Redução da Penetração da Luz: • O crescimento excessivo de algas filamentosas impede a penetração adequada de luz na água.
Consequências do Processo de Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas •Impacto no Crescimento de Macrófitas: • Impedimentos ao Crescimento: • Macrófitas submersas e flutuantes têm seu crescimento prejudicado devido à falta de luz. • Macrófitas Emersas: • A densidade das macrófitas emersas também pode ser reduzida, já que os brotos novos não conseguem se desenvolver adequadamente.
Consequências do Processo de Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas Eutrofização e Macrófitas Aquáticas: •A eutrofização artificial provoca mudanças significativas nas comunidades de macrófitas aquáticas. Estudos de Caso: •Desaparecimento de Phragmites communis: • Segundo Utheimöhl (1982), a redução gradual de Phragmites communis no lago Grôsser Plöner, na Alemanha, é resultado da eutrofização. • O crescimento excessivo de Cladophora glomerata provoca sombreamento, prejudicando a luz necessária para o crescimento de P. communis.
Efeitos dos Detritos: •Detritos de macrófitas e algas filamentosas contribuem para a formação de sedimentos orgânicos. •Em condições anaeróbias, esses sedimentos produzem gás sulfídrico e metano, que podem causar a morte de rizomas e raízes de macrófitas aquáticas. Macrófitas Flutuantes: •A eutrofização favorece o crescimento de macrófitas flutuantes devido à maior oferta de nutrientes e luz solar. •Essas macrófitas flutuantes não têm predadores naturais significativos, permitindo que cubram grandes áreas ou até toda a superfície dos corpos d'água. Impacto nos Ecossistemas Brasileiros: •Nos ecossistemas aquáticos continentais brasileiros, o efeito da eutrofização é mais evidente nas macrófitas flutuantes do que nas emersas, que encontram condições ideais para seu desenvolvimento.
Macrófitas Aquáticas como "Pragas" em Reservatórios Brasileiros •Crescimento de Macrófitas em Reservatórios: • Os reservatórios construídos para geração de energia no Brasil apresentam intenso crescimento de macrófitas aquáticas, especialmente flutuantes. •Produtividade Primária: • O elevado crescimento das macrófitas resulta em altas taxas de produtividade primária, que, embora benéficas em alguns contextos, geram preocupações para os gestores dos reservatórios. •Denominação de "Pragas Aquáticas": • Devido ao seu crescimento excessivo, as macrófitas aquáticas são frequentemente denominadas "pragas aquáticas".
•Principais Espécies de Macrófitas: • Macrófitas Flutuantes: • Eichhornia crassipes (aguapé) • Salvinia sp. (orelha-de-onça) • Macrófitas Emersas: • Polygonum sp. (eiva-de-bicho) • Espécies de junco: • Eleocharis acutangula • E. elongata • E. interstincta •Desafios para Gestão: • O crescimento descontrolado dessas espécies pode levar à obstrução de áreas de navegação, redução da qualidade da água e impactos negativos na fauna aquática.
Retirada de Biomassa: •A empresa gestora dos reservatórios retira anualmente 12 mil caminhões de macrófitas aquáticas (denominadas "pragas aquáticas"). •Custo do Controle Mecânico: Aproximadamente 1 milhão de dólares por ano para o manejo de diversas espécies de macrófitas flutuantes. Impacto da Correnteza: •Durante períodos de chuvas, o aumento da correnteza torna o manejo ainda mais difícil, arrastando grandes quantidades de biomassa para as áreas da represa próximas às turbinas.
Consequências na Geração de Energia: •O acúmulo de macrófitas próximas à entrada de água reduz o fluxo para as turbinas, resultando em diminuição da geração de energia elétrica. •Nas represas do Vale do São Francisco, as turbinas precisam ser frequentemente paralisadas para a remoção de biomassa vegetal dos canais de acesso. •Perdas Anuais: Podem alcançar até 10% na produção de energia devido a esses problemas, conforme relatado por técnicos da empresa responsável pelos reservatórios.
Consequências da Eutrofização Artificial sobre o Zooplâncton, Bentos e Peixes •Alterações nas Comunidades de Peixes: • A eutrofização artificial provoca mudanças drásticas na composição específica das comunidades de peixes, especialmente em regiões temperadas. • Substituição de Espécies: • Espécies de salmonídeos e coregonídeos, que precisam de altas concentrações de oxigênio, são gradualmente substituídas por ciprinídeos, que toleram níveis mais baixos de oxigênio. •Impacto na Produtividade: • Apesar do aumento da oferta de alimento, algumas populações de peixes apresentam redução na produtividade.
• Crescimento Rápido vs. Maturidade Sexual: • O crescimento rápido devido à "superoferta" de alimentos resulta na captura dos peixes antes que atinjam a maturidade sexual. • Exemplo: No lago Constance (1958-1964), o "Felchen" (Coregonus wartmanni) cresceu para 30 cm em apenas 2 anos, em comparação a 4 anos anteriormente. •Consequências da Pesca: • A captura prematura de peixes antes de atingirem a maturidade sexual pode comprometer a sustentabilidade das populações de peixes a longo prazo.
Consequências Principais sobre o Hípolímnio •Alterações Físicas e Químicas: • O hípolímnio sofre alterações significativas em suas variáveis físicas e químicas devido à eutrofização artificial. • Aumento de Detritos Orgânicos: • Acúmulo de detritos orgânicos na coluna d'água, levando à decomposição que consome oxigênio. •Déficit de Oxigênio: • Decomposição intensa resulta em altos déficits de oxigênio, inicialmente na interface água-sedimento e posteriormente se estendendo ao metalímnio. • Condições de semi-anóxia propiciam a produção de gases nocivos, como sulfeto de hidrogênio e metano.
•Impacto nas Comunidades Bióticas: • Substituição de populações que não toleram baixos níveis de oxigênio por aquelas que suportam a presença de gás sulfídrico e metano. •Liberação de Íons do Sedimento: • Em condições redutoras, ocorre a intensa liberação de íons, incluindo ortofosfato, do sedimento para a coluna d'água. • O ortofosfato pode alcançar a zona eufótica e ser assimilado pelo fitoplâncton, exacerbando o processo de eutrofização. •Fenômeno de Fertilização Interna: • Este processo de liberação de nutrientes foi descrito por Ohle (1953) como "fertilização interna", atualmente conhecido como "carga interna" (internal loading).
Organismos Indicadores do Estado Trófico de Ecossistemas Aquáticos O Problema dos “Indicadores” •Desafios na Identificação: • A limnologia busca identificar organismos e variáveis ambientais para caracterizar ecossistemas aquáticos quanto ao estado trófico (oligotrófico, mesotrófico, eutrófico). • Nenhum organismo ou variável foi encontrado como exclusivo para um determinado tipo de ecossistema. •Limitações Regionais: • Indicadores de estado trófico têm maior aplicação a nível regional, sem aplicação universal. • Classificações tróficas baseadas em indicadores como fitoplâncton, fósforo e nitrogênio não são diretamente aplicáveis em regiões tropicais.
Abordagem para Classificação Trófica •Base de Dados Diversificada: • A classificação trófica deve considerar uma variedade de características. • Principal foco em regiões tropicais, onde frequentemente a classificação é baseada em um único indicador. •Variáveis Relevantes: • Teores de diferentes formas de fósforo (P) e nitrogênio (N) • Transparência da coluna d'água • pH e alcalinidade • Concentrações de oxigênio dissolvido Integração com Comunidades Bióticas •É fundamental considerar a estrutura das comunidades bióticas, incluindo: • Fitoplâncton, Zooplâncton, Nécton, Comunidade bentônica
Organismos Fitoplanctônicos Relação entre Diversidade e Abundância •Vários estudos investigam a relação entre a diversidade e abundância do fitoplâncton e o estado trófico de ecossistemas aquáticos continentais. •A teoria mais aceita sugere que: • Lagos Oligotróficos: Maior diversidade de espécies com menor abundância de indivíduos. • Lagos Eutróficos: Menor diversidade de espécies, mas elevado número de indivíduos.
Considerações Importantes •Generalizações Indevidas: • Lagos eutróficos com regiões litorâneas desenvolvidas (ricas em macrófitas aquáticas) podem apresentar alta diversidade de espécies, muitas vezes superior à dos oligotróficos. •Erros na Identificação: • Amostras com alta abundância de uma única espécie podem "mascarar" a presença de outras com baixa abundância, resultando em divergências na contagem. 3. Exemplos de Espécies Típicas •Lagos Oligotróficos: • Diatomáceas: Gêneros Astenonella, Melosira, Tabellaria. •Lagos Eutróficos: • Cianobactérias: Gêneros Anabaena, Microcystis, Oscillatoria.
Organismos Zooplanctônicos como Indicadores do Estado Trófico Indicadores de Oligotrofia •Estudos de Gannon & Stemberger (1978): • Copépodos Calanoides: • Linnocalanus macrurus e Senecciella calanoides como excelentes indicadores de lagos oligotróficos. •Efeito da Eutrofização: • Desaparecimento de L. macrurus no Lago Erie desde 1950 (PATALAS, 1972). • Diaptomus sicilis como indicador de condições oligotróficas e mesotróficas na Europa Central. •Cladóceros Indicadores: • Daphnia dentata e D. galeata frequentemente encontradas em ambientes oligotróficos (GULATÍ, 1983).
Impacto da Eutrofização no Zooplâncton •Substituição de Espécies: • Estudos entre 1950 e 1980 (RAWSON, 1956; FREY, 1969; GULATÍ, 1983) mostram a substituição súbita de espécies zooplanctônicas, causando alterações significativas na comunidade. • Rotíferos como Indicadores da Eutrofização •Especies Típicas em Lagos Eutróficos: • Pompholyx sulcata, Anuraeopsis fissa, Trichocerca cylindrica, Polyarthra eurytera, Trichocerca pusilla, Brachionus angularis, Filinia longiseta e Kerateila cochlean. •Estudo de Recuperação do Lago Trummen: • Após a recuperação, observou-se o desaparecimento de A. fissa e declínios em B. angularis, T. pusilla e K. quadrata (ANDERSON et alii, 1973).
Organismos Bentônicos como Indicadores do Estado Trófico aos Indicadores Bentônicos •Fauna Bentônica: Utilizada como indicador do estado trófico de ecossistemas aquáticos. •Histórico: Desde o início do século XX, pesquisadores buscam identificar espécies bentônicas que reflitam condições de trofia em lagos. Contribuições Históricas •Thienemann (1913): Primeiro a propor o uso de organismos bentônicos como indicadores de trofia. •Brundin (1958): Expandiu a proposta de Thienemann, focando na família Chironomidae (dípteros) para a caracterização de estados tróficos.
Organismos Bentônicos como Indicadores do Estado Trófico Indicadores Bentônicos Específicos •Gênero Tanytarsus: • Indicador de condições oligotróficas (baixa disponibilidade de nutrientes). •Gênero Chironomus: • Indicador de condições eutróficas (alta disponibilidade de nutrientes). Importância da Família Chironomidae •Os Chironomidae são amplamente usados para monitorar a qualidade da água devido à sua sensibilidade às condições tróficas.
Efeitos do Represamento e Eutrofização Artificial no Lago Mudanças de Nível da Água e Efeitos Iniciais •Elevação do Nível: A água subiu 2 metros, inundando áreas férteis nas margens. •Aumento de Feopigmentos: Indica degradação de pigmentos fotossintéticos devido ao impacto ambiental. Consequências da Redução de Nível (1882) •Erosão e Sedimentação: • Rebaixamento de 1 metro no espelho d'água desencadeou erosão. • Grande entrada de material inorgânico (areias, argilas e compostos ricos em cálcio) aumentou a turbidez e a carga de minerais. Efeitos sobre a Produção Primária •Redução Temporária: • Material inorgânico, como argilas, precipita fósforo, reduzindo nutrientes disponíveis para fotossíntese e diminuindo a produção primária.
Efeitos do Represamento e Eutrofização Artificial no Lago •Aumento da Produção Primária: • Lançamento de esgotos domésticos incrementou nutrientes no sistema, favorecendo o crescimento de organismos fotossintetizantes e acentuando a eutrofização. Eutrofização Persistente •Eutrofização Contínua: • Apesar das tentativas de controle, o lago permanece em um processo de eutrofização artificial até hoje.
Prejuízos Sociais e Econômicos da Eutrofização Artificial Causas e Fontes de Eutrofização Artificial •Europa e América do Norte: Eutrofização principalmente por fertilizantes agrícolas (fontes não pontuais). •Brasil: Eutrofização por esgotos domésticos e industriais (fontes pontuais) e nutrientes oriundos de aquicultura e agricultura intensiva, como no nordeste com a criação de tilápia em açudes. Impactos na Saúde Pública •Enfermidades Gastrointestinais: • Casos de diarreia são mais altos em áreas sem saneamento adequado, levando a altas taxas de internação e mortalidade. • Em 2009, cerca de 460 mil internações por infecções gastrointestinais; 2.101 mortes, que poderiam ser reduzidas em até 65% com saneamento adequado.
Prejuízos Sociais e Econômicos da Eutrofização Artificial Outras Doenças Relacionadas à Água Contaminada: • Hepatite, leptospirose, disenteria, verminoses, e micoses, além de irritações oculares e infecções de pele. •Bactérias Multirresistentes: • Bactérias resistentes a antibióticos são encontradas em águas contaminadas, aumentando o risco de infecções graves e potencialmente fatais. Prejuízos Econômicos •Custo com Saúde Pública: Internações e tratamentos médicos para doenças veiculadas pela água contaminada, com despesas evitáveis caso houvesse coleta e tratamento de esgoto.
Impacto nas Atividades Econômicas: • Agricultura e aquicultura intensivas causam impactos negativos que diminuem a qualidade da água e restringem o uso para outras atividades, como abastecimento e recreação. Danos à Biodiversidade e ao Turismo: • Desvalorização de áreas naturais e perda de biodiversidade em ecossistemas aquáticos afetados, além de limitações para o turismo sustentável em regiões impactadas. Situação do Saneamento no Brasil Falta de Coleta e Tratamento: • 60% da população não possui coleta de esgoto, e apenas 35% do esgoto coletado é tratado. •Baixa Eficiência no Tratamento: • A maioria das estações de tratamento (ETEs) no Brasil não elimina nitrogênio e fósforo, principais causadores da eutrofização.
Como Evitar a Eutrofização Artificial •A eutrofização artificial é causada pelo excesso de nutrientes em corpos d'água, muitas vezes devido ao despejo inadequado de esgoto. •A solução para este problema é tratar o esgoto antes de seu lançamento nos ecossistemas aquáticos. Tratamento de Efluentes (ETE) •O tratamento de esgoto é realizado nas Estações de Tratamento de Efluentes (ETE). •O processo de tratamento ocorre em quatro etapas: Pré-tratamento, Tratamento Primário, Tratamento Secundário e Tratamento Terciário.
Pré-Tratamento •Objetivo: Remover resíduos grosseiros como partículas e gorduras. •Métodos: Gradeamento, caixas de areia e caixas de gordura. •Problema: Lançamento de esgoto in natura é comum no Brasil, causando poluição em corpos d'água.
Tratamento Primário •Focado na sedimentação de partículas densas. •Pode usar floculantes para acelerar o processo. •Remove até 60% dos sólidos, mas não elimina nutrientes que causam eutrofização.
Tratamento Secundário •Processo biológico com bactérias aeróbicas para decompor matéria orgânica. •Necessidade de oxigenação para eficácia. •Reduz carga orgânica, mas não remove nitrogênio e fósforo.
Tratamento Terciário •Objetivo: Desinfecção e remoção de nitrogênio e fósforo. •Fundamental para evitar eutrofização artificial. •Garante melhor qualidade da água e proteção ambiental.
Alternativa Sustentável: ETE-Verdes (Wetlands Construídas) •Usa macrófitas e comunidades aquáticas para filtrar e decompor poluentes. •Simula condições de áreas alagadas naturais. •Baixo custo de operação e manutenção.
Vantagens das ETE-Verdes •Baixo custo de implantação e manutenção. •Elevada eficiência para tratar esgoto doméstico e industrial. •Produz biomassa útil para ração, biofertilizantes, artesanato, etc. •Cria habitats para fauna e áreas de lazer.
Desvantagens das ETE-Verdes •Necessidade de maior espaço em comparação com ETEs convencionais. •Possível problema com mosquitos e mau cheiro, geralmente devido a manejo inadequado. •Eficiência reduzida em regiões de baixa temperatura.
Conclusão •Tratamento terciário é essencial para evitar a eutrofização. •As ETE-Verdes são uma alternativa sustentável, especialmente em regiões com clima favorável. •O investimento em sistemas de tratamento adequado é fundametaln para a saúde dos ecossistemas aquáticos e da população.

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Aula19_eutrofizacao_artificial_eutro_eutro

  • 1.
    Prof. Dr. SávioGuerreiro Ministério da Educação Universidade Federal Rural da Amazônia Instituto Socioambiental e dos Recursos Hídricos ISARH Curso de Engenharia de Pesca Limnologia Eutrofização Artificial Belém/Out-2024
  • 2.
    Definições e Tiposde Eutrofização •Origem do termo "trófico" • Deriva do grego antigo e refere-se à alimentação ou nutrição. • Central na ecologia, usado em conceitos como “cadeias tróficas” ou “redes tróficas”. •Significado de "eutrófico" • “Eu” = muito; “trófico” = nutrição. • Em contraste com “oligotrófico” (pouco nutrido). •Definição de Eutrofização • Aumento da concentração de nutrientes (especialmente fósforo e nitrogênio) em ecossistemas aquáticos. • Leva a um aumento da produtividade biológica e a alterações no funcionamento do ecossistema.
  • 3.
    •Processo de EnriquecimentoNutricional • Ecossistemas aquáticos podem evoluir de oligotróficos/mesotróficos para eutróficos ou hipereutróficos.
  • 4.
    Origem e Usodo Termo Eutrofização •Uso original do termo "eutrófico" • Introduzido na piscicultura alemã para descrever aumento de produtividade em tanques. • Prática comum: adição de carbonato de cálcio em solos ácidos para elevar o pH e aumentar a fertilidade. •Conceito na Ecologia • Eutrofização: aumento da fertilidade em ecossistemas aquáticos continentais. • Relacionado ao aumento da produtividade biológica. •Terminologia em Português • Termos utilizados: "eutrofização" e, raramente, "eutrofiação". • Rocha & Branco (1986) sugerem: “eutrofizar” e “eutrofização” como termos preferíveis ao invés de “eutroficar” e “eutroficação”.
  • 5.
    Tipos de Eutrofização •EutrofizaçãoNatural • Processo lento e contínuo. • Resulta do aporte de nutrientes pelas chuvas e águas superficiais. • Associada ao "envelhecimento natural" dos lagos. •Eutrofização Artificial (Cultural ou Antrópica) • Induzida por atividades humanas. • Fontes de nutrientes: esgoto doméstico, efluentes industriais e atividades agrícolas. • Causa o "envelhecimento precoce" dos ecossistemas lacustres.
  • 6.
    Eutrofização Artificial eSucessão Ecológica •Impactos da Eutrofização Artificial • Modificações qualitativas e quantitativas em comunidades aquáticas. • Alterações nas condições físicas e químicas do ambiente. • Aumento da produção, caracterizando uma forma de poluição. •Eutrofização vs. Sucessão Ecológica • Transição oligotrófico → eutrófico não é sucessão ecológica, pois o lago oligotrófico está no estado de clímax. • Equilíbrio em lagos oligotróficos: taxa de produção ≈ taxa de decomposição. •Perspectiva de Regressão do Ecossistema • Segundo Margalef (1974), as mudanças são contrárias ao conceito de sucessão. • Odum (1969): Eutrofização como "regressão" ou retorno a um estado "mais jovem".
  • 7.
    Fontes de EutrofizaçãoArtificial •Principais Fatores de Eutrofização Artificial • Crescimento populacional e urbanização. • Industrialização crescente. • Uso de fertilizantes químicos na agricultura. • Produção de produtos de limpeza com polifosfatos (desde 1945). •Nutrientes Estimuladores • Fosfatos e nitrogênio como principais nutrientes liberados. • Funcionam como fatores limitantes, essenciais para a produção primária via fotossíntese. •Fontes de Fósforo e Nitrogênio • Principais fontes artificiais de nutrientes para ecossistemas aquáticos.
  • 8.
    Esgotos Domésticos comoFonte de Nutrientes •Impacto dos Detergentes Sintéticos • após a Segunda Guerra Mundial. • Aumento nos casos de eutrofização em ecossistemas lacustres. •Composição dos Detergentes • Agentes Tensoativos: reduzem a tensão superficial da água, facilitando a limpeza. • Polifosfatos: presentes como tetrassódio pirofosfato (Na₄P₂O₇) e pentassódio tripolifosfato (Na₅P₃O₁₀). •Outros Componentes • Incluem carbonatos, silicatos, reforçadores, aditivos, íons e enzimas. •Efeito dos Polifosfatos • Atuam como nutrientes que estimulam o processo de eutrofização.
  • 9.
    Contribuição dos Produtosde Limpeza •Varia por região; pode atingir até 100% do fosfato em esgotos domésticos na Europa Central. •Exemplo: Lago Erie (EUA-Canadá) — produtos de limpeza como principal fonte de fósforo. •Suíça: Consumo diário de 2g de fosfato por habitante; uma fração significativa atinge os lagos. •Rio Reno: 60% do fosfato originado de polifosfatos de detergentes (Klotter, 1960). Excrementos Humanos e Animais •Fonte significativa de fósforo e nitrogênio. •Contribuem para a eutrofização e representam risco sanitário. •Presença de microrganismos patogênicos: bactérias e vírus que afetam humanos e animais.
  • 10.
    Estudos de Eutrofizaçãono Brasil — Lago Paranoá •Primeiros Estudos no Brasil • Poucos estudos sobre eutrofização até a década de 1980. • Pesquisa pioneira: Cordeiro Netto & Dutra Filho (1981) no Lago Paranoá (Brasília, DF). •Principais Descobertas • Identificação e quantificação das fontes de fosfato. • Efluentes de duas estações de tratamento de esgoto identificados como principais fontes de fosfato antropogênico. •Dados de Contribuição (1980) • Estações de tratamento: responsáveis por 70% do fosfato, equivalente a 82 toneladas/ano. • Suposição: detergentes são a maior fração do fosfato nos efluentes.
  • 11.
    Estudos de Eutrofizaçãono Brasil — Lago Paranoá •Primeiros Estudos no Brasil • Poucos estudos sobre eutrofização até a década de 1980. • Pesquisa pioneira: Cordeiro Netto & Dutra Filho (1981) no Lago Paranoá (Brasília, DF). •Principais Descobertas • Identificação e quantificação das fontes de fosfato. • Efluentes de duas estações de tratamento de esgoto identificados como principais fontes de fosfato antropogênico. •Dados de Contribuição (1980) • Estações de tratamento: responsáveis por 70% do fosfato, equivalente a 82 toneladas/ano. • Suposição: detergentes são a maior fração do fosfato nos efluentes.
  • 12.
    Efluentes Industriais comoFonte de Nutrientes •Impacto dos Efluentes Industriais • Causam grandes alterações nos níveis de fósforo e nitrogênio em lagos. •Principais Fontes de Efluentes • Indústrias de processamento de alimentos: principais fontes de efluentes orgânicos ricos em fósforo e nitrogênio. •Efeitos sobre o Metabolismo Aquático • Efluentes influenciam o metabolismo de oxigênio em ecossistemas aquáticos. • Sob baixas concentrações de oxigênio, o íon fosfato é mais facilmente liberado do sedimento, aumentando a disponibilidade de nutrientes.
  • 13.
    Efluentes Agropastoris comoFonte de Nutrientes •Comparação entre Atividades Agrícola e Pastoral • Pastoral: Efeitos reduzidos na eutrofização. • Excrementos de ruminantes (ex: bois, carneiros) têm baixas concentrações de fósforo e nitrogênio. • relativamente altas em relação a outras fontes de matéria orgânica. • Agrícola: Principal fonte de fósforo e nitrogênio para ecossistemas lacustres. •Impacto da Atividade Agrícola • Aumento do uso de fertilizantes nitrogenados e fosfatados desde a década de 1940. • Perdas de nutrientes por: • Lavagem do solo após chuvas. • Percolação de nutrientes solúveis, principalmente nitrogênio, para o lençol freático.
  • 14.
    Efluentes Agropastoris comoFonte de Nutrientes •Dados de Perda de Nutrientes • Em áreas agrícolas adubadas, perdas de 16 a 25% de nitrogênio e 0,7 a 1,4% de fósforo. • Contribuições variam conforme topografia, drenagem e precipitação. •Contribuição ao Lago Paranoá • Escoamento superficial representa 6,7% do aporte total de fósforo. • Considerando pequenos tributários, contribuição das águas superficiais alcança cerca de 30% do aporte total.
  • 15.
    As Chuvas comoFonte de Nutrientes •Importância das Chuvas • As chuvas são uma fonte significativa de fósforo e nitrogênio, especialmente em áreas de intensa poluição atmosférica. •Dados sobre Aporte de Nitrogênio • Precipitação média anual: 800 mm. • Concentrações de amônia: 10 a 350 mg/m³. • Concentrações de nitrato: 45 a 450 mg/m³. • Aporte anual de nitrogênio inorgânico na Europa Central: 44 a 600 kg/km². • Em regiões específicas, como Solling (Alemanha), o aporte médio chegou a 2.000 kg/km².
  • 16.
    •Dados sobre Aportede Fósforo • Concentração média de fósforo na água da chuva: 10 a 680 mg/m³. • Aporte de fósforo de até 544 kg/km² por ano em regiões industriais. • No lago Constança (Alemanha-Suíça), fósforo atmosférico corresponde a 12% da carga total do lago. •Estudo de Caso: Lago Paranoá • Aporte de fósforo e nitrogênio pela precipitação: 0,8 kg/ano. • Representa 0,7% do aporte total do lago. • Outros lagos em regiões poluídas podem apresentar valores ainda mais elevados. •Impacto do Tráfego Rodoviário • Lagos próximos a rodovias recebem aporte adicional de fósforo e nitrogênio durante as chuvas. • Concentração de fósforo em águas pluviais de rodovias é 2 vezes maior que em áreas florestadas; nitrogênio é 4 vezes maior.
  • 17.
    Consequências da EutrofizaçãoArtificial •Alterações na Concentração de Nutrientes • Eutrofização artificial provoca mudanças significativas na estrutura e funcionamento dos ecossistemas límnicos. •Reação em Cadeia • Considerada uma reação em cadeia de causas e efeitos. • Principais características incluem a quebra da estabilidade do ecossistema (homeostasia). •Conceito de Homeostasia • Refere-se ao equilíbrio entre produção, consumo e decomposição da matéria orgânica. • Eutrofização leva a um estado de desequilíbrio.
  • 18.
    •Impactos no Metabolismo •O ecossistema começa a produzir mais matéria orgânica do que consegue consumir e decompor. • Resulta em alterações profundas no metabolismo de todo o ecossistema.
  • 19.
    Concentração de Nutrientesna Eutrofização Artificial •Aumento de Elementos Químicos Essenciais • Durante a eutrofização artificial, observa-se um aumento da concentração de quase todos os nutrientes essenciais à produtividade primária. •Variabilidade nas Concentrações • O aumento varia conforme o tipo de influência ao qual o ecossistema é submetido: • Esgotos domésticos • Efluentes industriais • Atividade agrícola •Importância do Fosfato • O fosfato é o nutriente mais relevante no processo de eutrofização. • Estudos sobre o papel do fosfato são mais numerosos em comparação com outros nutrientes.
  • 20.
    Lago Paranoá ea Eutrofização Artificial •Importância do Lago Paranoá • Um dos ecossistemas lacustres brasileiros mais estudados em relação à dinâmica de nutrientes e estrutura de comunidades. • Papel único na urbanística de Brasília e uma das principais áreas de lazer da população local. •Histórico de Eutrofização • Formação do lago iniciada em 1959. • Sinais crescentes de eutrofização artificial desde então (Cordeiro Netto & Dutra Filho, 1981). •Consequências da Eutrofização • Frequentes Florações de Algas • Especialmente a cianobactéria Anabaenopsis raciborskii. • Redução progressiva das possibilidades de uso múltiplo do lago.
  • 21.
    Lago Paranoá ea Eutrofização Artificial •Causas das Florações de Algas • Má utilização da bacia de drenagem do lago. • Lançamento contínuo de efluentes ricos em nutrientes. Aporte Total de Fosfato •Em 1980, o aporte total foi de 116 toneladas. Destinação do Fosfato •Exportação através do vertedouro: • 23 toneladas (20% do total) foram exportadas. •Retenção no Sedimento: • 79 toneladas (85%) precipitaram e foram retidas no sedimento. •Coluna d'água: • 14 toneladas (15%) permaneceram na coluna d'água, disponíveis para absorção pelos organismos produtores, especialmente fitoplâncton.
  • 22.
    Lago Paranoá ea Eutrofização Artificial Concentração de Fosfato •O lago apresentava uma concentração de 0,08 mg L⁻¹ de fosfato total. •Esta concentração não é limitante para o crescimento do fitoplâncton, ao contrário da maioria dos ecossistemas lacustres.
  • 23.
    Consequências da EutrofizaçãoArtificial na Comunidade Fitoplanctônica •Efeito do Aumento de Fosfato: • O aumento na concentração de fosfato tem efeitos diretos sobre a densidade de organismos fitoplanctônicos. • Estudo de Lund (1965): 1,0 µg-P·L⁻¹ pode produzir 15 milhões de algas Astenonella. •Mudanças na Comunidade Fitoplanctônica: • Produção Primária: O aumento de fosfato não só eleva a produção fitoplanctônica, mas também altera a composição da comunidade. • Diversidade: Inicialmente, há um aumento no número de espécies e indivíduos; porém, algumas espécies emergem à custa do desaparecimento de outras.
  • 24.
    Consequências da EutrofizaçãoArtificial na Comunidade Fitoplanctônica •Predomínio de Espécies Eutróficas: • Em lagos eutrofizados, predominam espécies típicas como Astenonella spp., Stephanodiscus spp., e várias cianobactérias. • Durante os meses quentes, altas densidades dessas algas resultam em florações, com um número reduzido de espécies, refletindo o estágio avançado da eutrofização .
  • 25.
    Mudanças na ComunidadeFitoplanctônica no Lago Constance •Aumento da Diversidade Fitoplanctônica: • Desde a década de 1920, o número de espécies fitoplanctônicas no lago Constance quadruplicou. •Desaparecimento de Espécies Oligotróficas: • Cyclotella, anteriormente a espécie dominante, praticamente desapareceu do ecossistema. • de Espécies Eutróficas: • Espécies típicas de lagos eutróficos começaram a dominar: • Melosira (diatomácea) • Stephanodiscus (diatomácea) • Rhodomonas (criptófica) • Mougeotia (clorofícea)
  • 26.
    •Floração de AlgasCianofíceas: • Em 1985, foi registrada uma floração de algas composta principalmente por: • Oscillatoria limosa • Este fenômeno reflete a mudança na composição da comunidade fitoplanctônica e os impactos da eutrofização (Fontes: ELSTER, 1980; SCHMIDT, 1974; TILZER et al., 1982). • As mudanças na composição do fitoplâncton no lago Constance exemplificam o impacto da eutrofização na biodiversidade e nas dinâmicas ecológicas do lago.
  • 27.
    Consequências do Aumentoda Densidade do Fitoplâncton na Região Limnética •Mudanças na Cor da Água: • Aumento da densidade do fitoplâncton resulta em uma mudança na coloração da água: • De azul para amarelo-esverdeado. •Redução da Transparência: • Aumenta a turbidez da água, reduzindo a transparência e afetando a penetração da luz. •Impacto na Produção Primária: • A limitação da luz nas camadas inferiores prejudica a produção primária: • Apesar do aumento da produtividade primária global do ecossistema, a produção nas camadas mais profundas é comprometida.
  • 28.
    Consequências do Aumentoda Densidade do Fitoplâncton na Região Limnética •Consequências na Dinâmica de Oxigênio: • A redução da transparência contribui para a diminuição das concentrações de oxigênio: • Especialmente na interface sedimento-água. •Carga Interna: • O ambiente anaeróbico nas camadas inferiores pode estimular a liberação de fósforo pelos sedimentos: • Este fenômeno é conhecido como “carga interna”, intensificando o ciclo de eutrofização. • O aumento da densidade do fitoplâncton tem consequências significativas na dinâmica do ecossistema aquático, afetando a luz, a oxigenação e a produção primária nas diferentes camadas do lago.
  • 29.
    Consequências do Processode Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas •Estágio Inicial da Eutrofização: • Aumento do Crescimento de Macrófitas: • Nos estágios iniciais, a eutrofização artificial favorece o crescimento de diferentes grupos de macrófitas aquáticas. •Evolução da Eutrofização: • Relação Inversa em Estágios Avançados: • Em lagos com eutrofização avançada, ocorre um forte crescimento de algas filamentosas na região litorânea. •Efeito das Algas Filamentosas: • Redução da Penetração da Luz: • O crescimento excessivo de algas filamentosas impede a penetração adequada de luz na água.
  • 30.
    Consequências do Processode Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas •Impacto no Crescimento de Macrófitas: • Impedimentos ao Crescimento: • Macrófitas submersas e flutuantes têm seu crescimento prejudicado devido à falta de luz. • Macrófitas Emersas: • A densidade das macrófitas emersas também pode ser reduzida, já que os brotos novos não conseguem se desenvolver adequadamente.
  • 31.
    Consequências do Processode Eutrofização nas Comunidades de Macrófitas Aquáticas Eutrofização e Macrófitas Aquáticas: •A eutrofização artificial provoca mudanças significativas nas comunidades de macrófitas aquáticas. Estudos de Caso: •Desaparecimento de Phragmites communis: • Segundo Utheimöhl (1982), a redução gradual de Phragmites communis no lago Grôsser Plöner, na Alemanha, é resultado da eutrofização. • O crescimento excessivo de Cladophora glomerata provoca sombreamento, prejudicando a luz necessária para o crescimento de P. communis.
  • 32.
    Efeitos dos Detritos: •Detritosde macrófitas e algas filamentosas contribuem para a formação de sedimentos orgânicos. •Em condições anaeróbias, esses sedimentos produzem gás sulfídrico e metano, que podem causar a morte de rizomas e raízes de macrófitas aquáticas. Macrófitas Flutuantes: •A eutrofização favorece o crescimento de macrófitas flutuantes devido à maior oferta de nutrientes e luz solar. •Essas macrófitas flutuantes não têm predadores naturais significativos, permitindo que cubram grandes áreas ou até toda a superfície dos corpos d'água. Impacto nos Ecossistemas Brasileiros: •Nos ecossistemas aquáticos continentais brasileiros, o efeito da eutrofização é mais evidente nas macrófitas flutuantes do que nas emersas, que encontram condições ideais para seu desenvolvimento.
  • 33.
    Macrófitas Aquáticas como"Pragas" em Reservatórios Brasileiros •Crescimento de Macrófitas em Reservatórios: • Os reservatórios construídos para geração de energia no Brasil apresentam intenso crescimento de macrófitas aquáticas, especialmente flutuantes. •Produtividade Primária: • O elevado crescimento das macrófitas resulta em altas taxas de produtividade primária, que, embora benéficas em alguns contextos, geram preocupações para os gestores dos reservatórios. •Denominação de "Pragas Aquáticas": • Devido ao seu crescimento excessivo, as macrófitas aquáticas são frequentemente denominadas "pragas aquáticas".
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    •Principais Espécies deMacrófitas: • Macrófitas Flutuantes: • Eichhornia crassipes (aguapé) • Salvinia sp. (orelha-de-onça) • Macrófitas Emersas: • Polygonum sp. (eiva-de-bicho) • Espécies de junco: • Eleocharis acutangula • E. elongata • E. interstincta •Desafios para Gestão: • O crescimento descontrolado dessas espécies pode levar à obstrução de áreas de navegação, redução da qualidade da água e impactos negativos na fauna aquática.
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    Retirada de Biomassa: •Aempresa gestora dos reservatórios retira anualmente 12 mil caminhões de macrófitas aquáticas (denominadas "pragas aquáticas"). •Custo do Controle Mecânico: Aproximadamente 1 milhão de dólares por ano para o manejo de diversas espécies de macrófitas flutuantes. Impacto da Correnteza: •Durante períodos de chuvas, o aumento da correnteza torna o manejo ainda mais difícil, arrastando grandes quantidades de biomassa para as áreas da represa próximas às turbinas.
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    Consequências na Geraçãode Energia: •O acúmulo de macrófitas próximas à entrada de água reduz o fluxo para as turbinas, resultando em diminuição da geração de energia elétrica. •Nas represas do Vale do São Francisco, as turbinas precisam ser frequentemente paralisadas para a remoção de biomassa vegetal dos canais de acesso. •Perdas Anuais: Podem alcançar até 10% na produção de energia devido a esses problemas, conforme relatado por técnicos da empresa responsável pelos reservatórios.
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    Consequências da EutrofizaçãoArtificial sobre o Zooplâncton, Bentos e Peixes •Alterações nas Comunidades de Peixes: • A eutrofização artificial provoca mudanças drásticas na composição específica das comunidades de peixes, especialmente em regiões temperadas. • Substituição de Espécies: • Espécies de salmonídeos e coregonídeos, que precisam de altas concentrações de oxigênio, são gradualmente substituídas por ciprinídeos, que toleram níveis mais baixos de oxigênio. •Impacto na Produtividade: • Apesar do aumento da oferta de alimento, algumas populações de peixes apresentam redução na produtividade.
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    • Crescimento Rápidovs. Maturidade Sexual: • O crescimento rápido devido à "superoferta" de alimentos resulta na captura dos peixes antes que atinjam a maturidade sexual. • Exemplo: No lago Constance (1958-1964), o "Felchen" (Coregonus wartmanni) cresceu para 30 cm em apenas 2 anos, em comparação a 4 anos anteriormente. •Consequências da Pesca: • A captura prematura de peixes antes de atingirem a maturidade sexual pode comprometer a sustentabilidade das populações de peixes a longo prazo.
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    Consequências Principais sobreo Hípolímnio •Alterações Físicas e Químicas: • O hípolímnio sofre alterações significativas em suas variáveis físicas e químicas devido à eutrofização artificial. • Aumento de Detritos Orgânicos: • Acúmulo de detritos orgânicos na coluna d'água, levando à decomposição que consome oxigênio. •Déficit de Oxigênio: • Decomposição intensa resulta em altos déficits de oxigênio, inicialmente na interface água-sedimento e posteriormente se estendendo ao metalímnio. • Condições de semi-anóxia propiciam a produção de gases nocivos, como sulfeto de hidrogênio e metano.
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    •Impacto nas ComunidadesBióticas: • Substituição de populações que não toleram baixos níveis de oxigênio por aquelas que suportam a presença de gás sulfídrico e metano. •Liberação de Íons do Sedimento: • Em condições redutoras, ocorre a intensa liberação de íons, incluindo ortofosfato, do sedimento para a coluna d'água. • O ortofosfato pode alcançar a zona eufótica e ser assimilado pelo fitoplâncton, exacerbando o processo de eutrofização. •Fenômeno de Fertilização Interna: • Este processo de liberação de nutrientes foi descrito por Ohle (1953) como "fertilização interna", atualmente conhecido como "carga interna" (internal loading).
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    Organismos Indicadores doEstado Trófico de Ecossistemas Aquáticos O Problema dos “Indicadores” •Desafios na Identificação: • A limnologia busca identificar organismos e variáveis ambientais para caracterizar ecossistemas aquáticos quanto ao estado trófico (oligotrófico, mesotrófico, eutrófico). • Nenhum organismo ou variável foi encontrado como exclusivo para um determinado tipo de ecossistema. •Limitações Regionais: • Indicadores de estado trófico têm maior aplicação a nível regional, sem aplicação universal. • Classificações tróficas baseadas em indicadores como fitoplâncton, fósforo e nitrogênio não são diretamente aplicáveis em regiões tropicais.
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    Abordagem para ClassificaçãoTrófica •Base de Dados Diversificada: • A classificação trófica deve considerar uma variedade de características. • Principal foco em regiões tropicais, onde frequentemente a classificação é baseada em um único indicador. •Variáveis Relevantes: • Teores de diferentes formas de fósforo (P) e nitrogênio (N) • Transparência da coluna d'água • pH e alcalinidade • Concentrações de oxigênio dissolvido Integração com Comunidades Bióticas •É fundamental considerar a estrutura das comunidades bióticas, incluindo: • Fitoplâncton, Zooplâncton, Nécton, Comunidade bentônica
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    Organismos Fitoplanctônicos Relação entreDiversidade e Abundância •Vários estudos investigam a relação entre a diversidade e abundância do fitoplâncton e o estado trófico de ecossistemas aquáticos continentais. •A teoria mais aceita sugere que: • Lagos Oligotróficos: Maior diversidade de espécies com menor abundância de indivíduos. • Lagos Eutróficos: Menor diversidade de espécies, mas elevado número de indivíduos.
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    Considerações Importantes •Generalizações Indevidas: •Lagos eutróficos com regiões litorâneas desenvolvidas (ricas em macrófitas aquáticas) podem apresentar alta diversidade de espécies, muitas vezes superior à dos oligotróficos. •Erros na Identificação: • Amostras com alta abundância de uma única espécie podem "mascarar" a presença de outras com baixa abundância, resultando em divergências na contagem. 3. Exemplos de Espécies Típicas •Lagos Oligotróficos: • Diatomáceas: Gêneros Astenonella, Melosira, Tabellaria. •Lagos Eutróficos: • Cianobactérias: Gêneros Anabaena, Microcystis, Oscillatoria.
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    Organismos Zooplanctônicos comoIndicadores do Estado Trófico Indicadores de Oligotrofia •Estudos de Gannon & Stemberger (1978): • Copépodos Calanoides: • Linnocalanus macrurus e Senecciella calanoides como excelentes indicadores de lagos oligotróficos. •Efeito da Eutrofização: • Desaparecimento de L. macrurus no Lago Erie desde 1950 (PATALAS, 1972). • Diaptomus sicilis como indicador de condições oligotróficas e mesotróficas na Europa Central. •Cladóceros Indicadores: • Daphnia dentata e D. galeata frequentemente encontradas em ambientes oligotróficos (GULATÍ, 1983).
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    Impacto da Eutrofizaçãono Zooplâncton •Substituição de Espécies: • Estudos entre 1950 e 1980 (RAWSON, 1956; FREY, 1969; GULATÍ, 1983) mostram a substituição súbita de espécies zooplanctônicas, causando alterações significativas na comunidade. • Rotíferos como Indicadores da Eutrofização •Especies Típicas em Lagos Eutróficos: • Pompholyx sulcata, Anuraeopsis fissa, Trichocerca cylindrica, Polyarthra eurytera, Trichocerca pusilla, Brachionus angularis, Filinia longiseta e Kerateila cochlean. •Estudo de Recuperação do Lago Trummen: • Após a recuperação, observou-se o desaparecimento de A. fissa e declínios em B. angularis, T. pusilla e K. quadrata (ANDERSON et alii, 1973).
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    Organismos Bentônicos comoIndicadores do Estado Trófico aos Indicadores Bentônicos •Fauna Bentônica: Utilizada como indicador do estado trófico de ecossistemas aquáticos. •Histórico: Desde o início do século XX, pesquisadores buscam identificar espécies bentônicas que reflitam condições de trofia em lagos. Contribuições Históricas •Thienemann (1913): Primeiro a propor o uso de organismos bentônicos como indicadores de trofia. •Brundin (1958): Expandiu a proposta de Thienemann, focando na família Chironomidae (dípteros) para a caracterização de estados tróficos.
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    Organismos Bentônicos comoIndicadores do Estado Trófico Indicadores Bentônicos Específicos •Gênero Tanytarsus: • Indicador de condições oligotróficas (baixa disponibilidade de nutrientes). •Gênero Chironomus: • Indicador de condições eutróficas (alta disponibilidade de nutrientes). Importância da Família Chironomidae •Os Chironomidae são amplamente usados para monitorar a qualidade da água devido à sua sensibilidade às condições tróficas.
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    Efeitos do Represamentoe Eutrofização Artificial no Lago Mudanças de Nível da Água e Efeitos Iniciais •Elevação do Nível: A água subiu 2 metros, inundando áreas férteis nas margens. •Aumento de Feopigmentos: Indica degradação de pigmentos fotossintéticos devido ao impacto ambiental. Consequências da Redução de Nível (1882) •Erosão e Sedimentação: • Rebaixamento de 1 metro no espelho d'água desencadeou erosão. • Grande entrada de material inorgânico (areias, argilas e compostos ricos em cálcio) aumentou a turbidez e a carga de minerais. Efeitos sobre a Produção Primária •Redução Temporária: • Material inorgânico, como argilas, precipita fósforo, reduzindo nutrientes disponíveis para fotossíntese e diminuindo a produção primária.
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    Efeitos do Represamentoe Eutrofização Artificial no Lago •Aumento da Produção Primária: • Lançamento de esgotos domésticos incrementou nutrientes no sistema, favorecendo o crescimento de organismos fotossintetizantes e acentuando a eutrofização. Eutrofização Persistente •Eutrofização Contínua: • Apesar das tentativas de controle, o lago permanece em um processo de eutrofização artificial até hoje.
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    Prejuízos Sociais eEconômicos da Eutrofização Artificial Causas e Fontes de Eutrofização Artificial •Europa e América do Norte: Eutrofização principalmente por fertilizantes agrícolas (fontes não pontuais). •Brasil: Eutrofização por esgotos domésticos e industriais (fontes pontuais) e nutrientes oriundos de aquicultura e agricultura intensiva, como no nordeste com a criação de tilápia em açudes. Impactos na Saúde Pública •Enfermidades Gastrointestinais: • Casos de diarreia são mais altos em áreas sem saneamento adequado, levando a altas taxas de internação e mortalidade. • Em 2009, cerca de 460 mil internações por infecções gastrointestinais; 2.101 mortes, que poderiam ser reduzidas em até 65% com saneamento adequado.
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    Prejuízos Sociais eEconômicos da Eutrofização Artificial Outras Doenças Relacionadas à Água Contaminada: • Hepatite, leptospirose, disenteria, verminoses, e micoses, além de irritações oculares e infecções de pele. •Bactérias Multirresistentes: • Bactérias resistentes a antibióticos são encontradas em águas contaminadas, aumentando o risco de infecções graves e potencialmente fatais. Prejuízos Econômicos •Custo com Saúde Pública: Internações e tratamentos médicos para doenças veiculadas pela água contaminada, com despesas evitáveis caso houvesse coleta e tratamento de esgoto.
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    Impacto nas AtividadesEconômicas: • Agricultura e aquicultura intensivas causam impactos negativos que diminuem a qualidade da água e restringem o uso para outras atividades, como abastecimento e recreação. Danos à Biodiversidade e ao Turismo: • Desvalorização de áreas naturais e perda de biodiversidade em ecossistemas aquáticos afetados, além de limitações para o turismo sustentável em regiões impactadas. Situação do Saneamento no Brasil Falta de Coleta e Tratamento: • 60% da população não possui coleta de esgoto, e apenas 35% do esgoto coletado é tratado. •Baixa Eficiência no Tratamento: • A maioria das estações de tratamento (ETEs) no Brasil não elimina nitrogênio e fósforo, principais causadores da eutrofização.
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    Como Evitar aEutrofização Artificial •A eutrofização artificial é causada pelo excesso de nutrientes em corpos d'água, muitas vezes devido ao despejo inadequado de esgoto. •A solução para este problema é tratar o esgoto antes de seu lançamento nos ecossistemas aquáticos. Tratamento de Efluentes (ETE) •O tratamento de esgoto é realizado nas Estações de Tratamento de Efluentes (ETE). •O processo de tratamento ocorre em quatro etapas: Pré-tratamento, Tratamento Primário, Tratamento Secundário e Tratamento Terciário.
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    Pré-Tratamento •Objetivo: Remover resíduosgrosseiros como partículas e gorduras. •Métodos: Gradeamento, caixas de areia e caixas de gordura. •Problema: Lançamento de esgoto in natura é comum no Brasil, causando poluição em corpos d'água.
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    Tratamento Primário •Focado nasedimentação de partículas densas. •Pode usar floculantes para acelerar o processo. •Remove até 60% dos sólidos, mas não elimina nutrientes que causam eutrofização.
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    Tratamento Secundário •Processo biológicocom bactérias aeróbicas para decompor matéria orgânica. •Necessidade de oxigenação para eficácia. •Reduz carga orgânica, mas não remove nitrogênio e fósforo.
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    Tratamento Terciário •Objetivo: Desinfecçãoe remoção de nitrogênio e fósforo. •Fundamental para evitar eutrofização artificial. •Garante melhor qualidade da água e proteção ambiental.
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    Alternativa Sustentável: ETE-Verdes(Wetlands Construídas) •Usa macrófitas e comunidades aquáticas para filtrar e decompor poluentes. •Simula condições de áreas alagadas naturais. •Baixo custo de operação e manutenção.
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    Vantagens das ETE-Verdes •Baixocusto de implantação e manutenção. •Elevada eficiência para tratar esgoto doméstico e industrial. •Produz biomassa útil para ração, biofertilizantes, artesanato, etc. •Cria habitats para fauna e áreas de lazer.
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    Desvantagens das ETE-Verdes •Necessidadede maior espaço em comparação com ETEs convencionais. •Possível problema com mosquitos e mau cheiro, geralmente devido a manejo inadequado. •Eficiência reduzida em regiões de baixa temperatura.
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    Conclusão •Tratamento terciário éessencial para evitar a eutrofização. •As ETE-Verdes são uma alternativa sustentável, especialmente em regiões com clima favorável. •O investimento em sistemas de tratamento adequado é fundametaln para a saúde dos ecossistemas aquáticos e da população.