Resumo em Português:
OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi avaliar o papel do risco de predação na ocorrência de cascatas tróficas em cadeias bentônicas e detectar se as consequências ecológicas do risco de predação podem reverberar em padrões observados em diferentes escalas hierárquicas, como o tamanho de presas, a eficiência de crescimento de presas e padrões de reciclagem de nutrientes. MÉTODOS: O sistema modelo utilizado no presente experimento consistiu em uma cadeia linear simples contendo um predador, um consumidor e perifíton como o recurso basal. Durante 2 semanas nós manipulamos o risco de predação utilizando predadores enjaulados, incapazes de matar suas presas, em doze mesocosmos independentes, simulando as condições naturais lagunares. RESULTADOS: Nossos resultados mostraram que o risco de predação pode ser responsável pela ocorrência de cascatas tróficas e que a força da cascata é proporcional a intensidade do risco. O risco de predação também pode ser influenciar negativamente a biomassa e a taxa de crescimento de presas, bem como afetar as taxas de reciclagem de nutrientes por alterar as taxas de excreção de nutrientes. Através de uma formulação matemática simples, nós procuramos mostrar que resultados experimentais no nível de indivíduos podem ser generalizados para populações naturais se restrições evolutivas ao fitness de presas podem ser reproduzidos em condições experimentais. CONCLUSÕES: Nossos resultado corroboram para integrar dinâmicas ecossistêmicas ao comportamento animal, ressaltando que não apenas mecanismos ascendentes mas também mecanismos descendentes são responsáveis pela determinação de propriedades ecossistêmicas. Nós sugerimos, em última análise, que o forrageamento adaptativo de presas pode servir para integrar a Ecologia Evolutiva e a Ecologia de Ecossistemas, resultando no desenvolvimento de uma teoria mais preditiva e robusta a respeito do funcionamento de ecossistemas aquáticos.Resumo em Inglês:
AIM: The aim of this study was to evaluate the role of predation risk on the occurrence of trophic cascades in a benthic food chain, and detect if the ecological consequences of predation risk can reverberate in patterns observed across different hierarchical scales, such as prey size, prey growth efficiency and nutrient recycling patterns. METHODS: The model system used in the present experiment consisted of a simple linear food chain comprising a predator, a consumer and periphyton as basal resources. For 2 weeks, we manipulated predation risk using caged predators, incapable of killing their prey, across twelve outdoor mesocosms, simulating natural lagoon conditions. RESULTS: Our results showed that predation risk can be responsible for the occurrence of a trophic cascade and the strength of the cascade is proportional to the intensity of risk. Predation risk can also negatively influence prey biomass and growth efficiency as well as affect nutrient recycling patterns by altering prey nutrient excretion rates. Through a simple mathematical formulation, we attempted to show that individual-level experimental results can be generalized to natural populations if evolutionary constraints to prey fitness can be reproduced in experimental conditions. CONCLUSIONS: Our results corroborate to integrate ecosystem dynamics with animal behavior, highlighting that not only bottom-up but also top-down mechanisms are responsible for determining ecosystem properties. We ultimately claim that prey adaptive foraging may serve to integrate ecosystem and evolutionary ecology, resulting in the development of a more robust and predictive theory of the functioning of aquatic ecosystems.Resumo em Português:
OBJETIVO: Estimar a densidade e a biomassa do bacterioplâncton e seus fatores reguladores é importante para avaliar a capacidade suporte dos ecossistemas aquáticos em relação ao crescimento bacteriano e o estoque de matéria na comunidade bacteriana, que, por sua vez, pode ser consumida por níveis tróficos superiores. Nós objetivamos avaliar os fatores limnológicos que regulam - no espaço e tempo - a dinâmica do bacterioplâncton (abundância e biomassa) em cinco lagoas costeiras tropicais do Estado do Rio de Janeiro, Brasil. MÉTODO: O presente estudo foi realizado nas lagoas Imboassica, Cabiúnas, Comprida, Carapebus e Garças, que diferem em relação à morfologia e às principais condições limnológicas. As variáveis limnológicas, bem como a abundância e biomassa bacterioplanctônica, foram amostradas mensalmente por 14 meses. Análises de seleção de modelos foram realizadas para avaliar quais são as principais variáveis limnológicas que regulam a dinâmica do bacterioplâncton nestas lagoas. RESULTADOS: A concentração de sais e o fator "espaço" (i.e. diferentes lagoas) explicaram grande parte da variação da densidade e biomassa bacterianas lagoas costeiras estudadas. Quando as lagoas foram analisadas separadamente, a salinidade ainda explicou grande parte da variação da densidade e biomassa bacterianas nas lagoas Imboassica e Garças. Por outro lado, a concentração de fósforo foi o principal fator regulador da densidade e biomassa bacterianas nas lagoas Cabiúnas, Comprida e Carapebus. Houve uma forte correlação entre a densidade a biomassa bacterianas (r² = 0,70, p < 0,05), indicando que variações na biomassa bacteriana são altamente dependentes das variações na densidade bacteriana. CONCLUSÃO: (i) Diferentes variáveis limnológicas regulam a densidade e biomassa bacterianas nas lagoas costeiras estudadas, (ii) as concentrações de sais e fósforo explicaram a maior parte da variação da densidade e biomassa e bacterianas nas lagoas salinas e distróficas, respectivamente, (iii) As concentrações de N-nitrato e clorofila-a, a coloração da água e a profundidade média da lagoa são importantes fatores que explicam a variação na densidade e abundância bacterianas em alguns casos específicos.Resumo em Inglês:
AIM: Estimating bacterioplankton density and biomass and their regulating factors is important in order to evaluate aquatic systems' carrying capacity, regarding bacterial growth and the stock of matter in the bacterial community, which can be consumed by higher trophic levels. We aim to evaluate the limnological factors which regulate - in space and time - the bacterioplankton dynamics (abundance and biomass) in five tropical coastal lagoons in the state of Rio de Janeiro, Brazil. METHOD: The current study was carried out at the following lagoons: Imboassica, Cabiúnas, Comprida, Carapebus and Garças. They differ in morphology and in their main limnological factors. The limnological variables as well as bacterioplankton abundance and biomass were monthly sampled for 14 months. Model selection analyses were performed in order to evaluate the main variables regulating the bacterioplankton's dynamics in these lagoons. RESULT: The salt concentration and the "space" factor (i.e. different lagoons) explained great part of the bacterial density and biomass variance in the studied tropical coastal lagoons. When the lagoons were analyzed separately, salinity still explained great part of the variation of bacterial density and biomass in the Imboassica and Garças lagoons. On the other hand, phosphorus concentration was the main factor explaining the variance of bacterial density and biomass in the distrophic Cabiúnas, Comprida and Carapebus lagoons. There was a strong correlation between bacterial density and biomass (r² = 0.70, p < 0.05), indicating that bacterial biomass variations are highly dependent on bacterial density variations. CONCLUSION: (i) Different limnological variables regulate the bacterial density and biomass in the studied coastal lagoons, (ii) salt and phosphorus concentrations greatly explained the variation of bacterial density and biomass in the saline and distrophic lagoons, respectively, and (iii) N-nitrate and chlorophyll-a concentrations, water color and mean depth are important factors to explain bacterial density and biomass variance in some specific lagoons.Resumo em Português:
OBJETIVO: Neste estudo avaliamos o banco de ovos de resistência e a comunidade ativa zooplanctônica de cinco lagoas costeiras permanentes e cinco poças temporárias com o intuito de comparar a comunidade ativa e dormente destes ambientes. Nós também supomos que, por diferirem no hidroperíodo, bancos de ovos de resistência de poças são mais ricos em espécies do que os de lagoas. MÉTODOS: A comunidade zooplanctônica foi amostrada em duas ocasiões em 2006 nas lagoas e em 2010 nas poças e o banco de ovos de resistência foi amostrado em dezembro de 2007 nas lagoas e em maio de 2010 nas poças. RESULTADOS: Ao contrário de nossas expectativas, a riqueza do banco de ovos das poças não foi diferente das lagoas. Além disso, nenhuma diferença estatística na composição de espécies foi encontrada entre as comunidades ativa e dormente de um mesmo corpo d'água, tanto para ambientes permanentes quanto para temporários. Contudo, houve uma maior similaridade entre as comunidades ativas e dormentes dos ambientes permanentes do que dos temporários. CONCLUSÕES: Nossos resultados permitem concluir que ambientes temporários e permanentes não diferem quanto à composição e riqueza de espécies de suas comunidades ativas e dormentes. Aparentemente, as estratégias de diapausa observadas em zooplâncton tropical não podem ser preditas apenas pelo tipo de ambiente (permanentes ou temporários), já que os fatores indutores de diapausa podem ser espécie-específicos.Resumo em Inglês:
AIM: We evaluated zooplankton resting egg banks and active communities in five coastal lagoons and in five temporary pools, aiming to compare the active and the dormant communities in such environments. As they differ in hydroperiod, we expected that pools present richer resting egg banks in comparison to those found in lagoons. METHODS: Zooplankton community was sampled twice in 2006 (lagoons) and in 2010 (pools) and resting egg banks were sampled once in December 2007 (lagoons) and in May 2010 (pools). Resting eggs were isolated from the sediment by applying the sugar flotation method. RESULTS: In opposition to our expectation, species richness in the resting egg banks of pools did not differ from those of lagoons. Additionally, no difference was found between the active and the dormant zooplankton communities in each water body for both temporary and permanent environments. However, similarity between active and dormant communities was greater in permanent environments than it was in temporary environments. CONCLUSIONS: It seems that the diapause strategy observed in certain tropical zooplankton populations cannot be predicted based on the awareness of the environment type (permanent or temporary), since hatching cues may be species-specific.Resumo em Português:
OBJETIVO: Aberturas artificiais da barra de areia são práticas de manejo comuns em lagoas costeiras, mas podem ser uma ameaça se provocarem efeitos negativos à qualidade de água e para a biota aquática. Nesse estudo foram comparados os efeitos de aberturas de barra em duas lagoas costeiras próximas, que diferem no estado trófico e no histórico de aberturas de barra. MÉTODOS: Variáveis limnológicas e a comunidade zooplanctônica foram analisadas mensalmente durante um ano antes e um ano depois de aberturas de barra ocorridas no mesmo mês para ambas as lagoas, totalizando 24 amostras. Foram comparados os efeitos da abertura de barra nas variáveis-resposta em função dos dois tipos de sistema. RESULTADOS: As aberturas de barra determinaram alterações em algumas variáveis limnológicas (profundidade e salinidade), mas estes efeitos ocorreram de forma diferenciada nos dois tipos de sistema. A estrutura da comunidade zooplanctônica mudou mais fortemente na lagoa eutrófica e mais comumente conectada ao mar. A ocorrência e abundância de algumas espécies foram fortemente ligadas às mudanças nas variáveis limnológicas. CONCLUSÕES: Os dados indicam que as comunidades zooplanctônicas são mais resistentes às aberturas de barra em lagoas costeiras historicamente menos impactadas. A direção e a intensidade das mudanças provocadas pelas aberturas de barra podem ser específicas para cada lagoa, devido a diferenças no histórico de impactos que, em longo prazo, modificam a qualidade da água e a estrutura da comunidade zooplanctônica nestes sistemas e, consequentemente, sua resistência e resiliência.Resumo em Inglês:
AIM: Artificial sandbar openings are a common management practice in coastal lagoons but they can be a threat when negative effects to the quality of water and to the aquatic biota are observed. The current study compared sandbar opening effects in two coastal lagoons located close to each other, but differing on trophic status and on sandbar openings' background. METHODS:Limnological variables and zooplankton community were recorded monthly during one year before and one year after sandbar openings that occurred in the same month for both lagoons, giving 24 samples. We compared the effects of sandbar opening on response variables, according to the two types of system. RESULTS: The sandbar openings determined changes in some limnological features - depth and salinity - but such effects were different in the two types of system. The zooplankton structure displayed dramatic changes in the eutrophic and commonly opened lagoon. The occurrence and abundance of some species were closely related to changes in limnological variables. CONCLUSIONS: Our data indicated that zooplankton communities are more resistant to sandbar openings in coastal lagoons historically less disturbed. The direction and magnitude of changes promoted by sandbar openings might be specific to each lagoon, due to different backgrounds of disturbances that, in the long term, modify the water quality and the structure of zooplankton communities, and consequently, their resistance and resilience.Resumo em Português:
OBJETIVO: Apresentamos uma atualização sobre a composição das espécies de peixes do Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba e da lagoa Imboassica, na porção norte do Estado do Rio de Janeiro, com base em esforços de coleta de quase duas décadas, registros históricos em museus, e uma revisão da literatura. MÉTODOS: Os espécimes foram coletados através de uma variedade de técnicas, principalmente entre 1994 e 2012, e foram fixados com a utilização de uma solução de formalina a 10%, sendo subsequentemente armazenados em solução de álcool a 70%. Todos os espécimes examinados foram depositados nas coleções de peixes do Núcleo em Ecologia e Desenvolvimento Socioambiental de Macaé, Universidade Federal do Rio de Janeiro (NPM), e Museu Nacional, Universidade Federal do Rio de Janeiro (MNRJ). Espécies de peixes continentais (água doce) e algumas espécies marinhas ou estuarinas frequentemente coletadas foram consideradas como Residentes, enquanto espécies marinhas coletadas apenas esporadicamente foram consideradas como Ocasionais. Possíveis associações entre a orientação das lagoas e a composição de peixes Residentes foram exploradas através de uma Análise de Correspondência (CA). RESULTADOS: Um total de 100 espécies, pertencentes a 19 ordens e 41 famílias de Teleostei, foi registrado. Quando espécies Residentes e Ocasionais são consideradas, as famílias Carangidae e Engraulidae, com nove e oito espécies respectivamente, são as mais representativas. Quando apenas espécies Residentes são consideradas, Gerreidae e Gobiidae, ambas com sete espécies, são as mais representativas. A lagoa Imboassica, com 76 espécies, possui a maior riqueza de espécies entre as lagoas incluídas neste estudo. Um total de 81 espécies foi registrado no Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba, um número duas vezes maior do que o relatado em estudos anteriores. Uma chave de identificação, incluindo 57 espécies Residentes, também é apresentada. CONCLUSÕES: Lagoas Paralelas foram caracterizadas por um pequeno grupo de espécies continentais presumivelmente de ancestralidade marinha (Divisão Secundária), enquanto espécies marinhas foram mais representativas em lagoas Ortogonais. A maior frequência de espécies marinhas em lagoas Ortogonais pode estar associada com aberturas da barra arenosa. Conexões temporárias e esporádicas entre lagoas Paralelas durante períodos de maior pluviosidade podem promover uma maior similaridade em termos de composição de espécies.Resumo em Inglês:
AIM: We present an update on the composition of the fish species of the Restinga de Jurubatiba National Park and the Imboassica Lagoon, in the northern portion of Rio de Janeiro State, based on collecting efforts of almost two decades, historical museum records, and a review of the literature. METHODS: Specimens were collected using a variety of techniques, mostly between 1994 and 2012, and were fixed with the use of a 10% solution of formalin and subsequently stored in 70% alcohol solution. All specimens examined are deposited in the fish collections of the Núcleo em Ecologia e Desenvolvimento Socioambiental de Macaé, Universidade Federal do Rio de Janeiro (NPM), and Museu Nacional, Universidade Federal do Rio de Janeiro (MNRJ). Continental (freshwater) fishes and some marine or estuarine species frequently collected were regarded as Resident, whereas marine species collected only sporadically were regarded as Occasional. Possible associations between the orientation of the lagoons and the composition of Resident fishes were explored through a Correspondence Analysis (CA). RESULTS: A total of 100 species, belonging to 19 orders and 41 families of the Teleostei were recorded. When both Resident and Occasional species are considered, families Carangidae and Engraulidae, with nine and eight species respectively, are the most representative. When only Resident species are considered, the Gerreidae and Gobiidae, both with seven species, are the most representative families. The Imboassica Lagoon, with 76 species, has the highest species richness among lagoons included in this study. A total of 81 species were recorded in the Restinga de Jurubatiba National Park, a number two times higher than reported on previous studies. An identification key, including 57 Resident species, is also presented. CONCLUSIONS: Parallel lagoons were characterized by a small group of continental species presumably of marine ancestry (Secondary Division), while marine species were more representative in Orthogonal lagoons. The higher frequency of marine species in Orthogonal lagoons is possibly associated with sandbar openings. Temporary and sporadic connections between Parallel lagoons during periods of higher rainfall may promote a higher similarity in terms of species composition.Resumo em Português:
OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi avaliar o estágio inicial de decomposição de duas macrófitas aquáticas (Typha domingensis e Eleocharis interstincta) em condições aeróbias e anaeróbias; MÉTODOS: As amostras de macrófitas aquáticas e água foram coletadas na lagoa Cabiúnas, Rio de Janeiro, Brasil. No experimento 1 câmaras de mineralização foram preparadas com fragmentos vegetais frescos e água da lagoa para cada condição (aeróbia e anaeróbia). A formação de DOC e de CO2 e o consumo de O2 foram medidos durante 30 dias. No experimento 2 câmaras de mineralização foram preparadas com lixiviados de macrófitas aquáticas e glicose em cada condição experimental (aeróbia e anaeróbia). A formação de CO2 e o consumo de O2 foram medidos durante 1 dia; RESULTADOS: No experimento 1 as concentrações de COD na decomposição de T. domingensis foram maiores. Apesar disso, a formação de CO2 foi mais eficiente na decomposição de E. interstincta. O consumo de oxigênio aumentou no começo da decomposição dos detritos e tenderam a estabilizar no final. Os valores de O/C aumentaram no início da decomposição e diminuíram em seguida. No experimento 2, a decomposição aeróbia apresentou maior formação de CO2 em todos os recursos. O lixiviado de E. interstincta apresentou maior concentração de CO2 do que o de T. domingensis em ambas as condições; CONCLUSÃO: Os resultados mostraram que a decomposição aeróbia inicial é maior em T. domingensis. O consumo de oxigênio varia de acordo com as alterações químicas dos detritos. A formação de CO2 na decomposição de T. domingensis e E. interstincta é irrelevante na Lagoa Cabiúnas. A baixa liberação de DOC dos detritos indicam que a mineralização da matéria orgânica particulada é a principal via de decomposição de T. domingensis e E. interstincta.Resumo em Inglês:
AIM: The aim of this study was to evaluate the initial stage of decomposition of two aquatic macrophytes (Typha domingensis and Eleocharis interstincta) under aerobic and anaerobic conditions; METHODS: The samples of aquatic macrophytes and water were collected in Cabiúnas lagoon, Rio de Janeiro, Brazil. In the experiment 1 mineralization chambers were prepared with fresh plant fragments and water from the lagoon in aerobic and anaerobic conditions. DOC and CO2 formation and O2 consumption were measured during 30 days. In the experiment 2 mineralization chambers were prepared with aquatic macrophytes leachate and glucose for each experimental condition. CO2 formation and O2 consumption were measured during 1 day; RESULTS: In experiment 1 DOC concentrations in T. domingensis decomposition were higher. Despite this, CO2 formation was more efficient in E. interstincta decomposition. The oxygen consumption increased in the beginning of decomposition and tended to stabilize towards the end. The O/C values increased in the beginning of decomposition and decreased thereafter. In experiment 2, aerobic decomposition presented higher CO2 formation. E. interstincta leachate presented higher CO2 concentration than T. domingensis; CONCLUSION: Our results showed that aerobic decomposition in the initial stages is higher only in T. domingensis mineralization. Oxygen consumption varies according to the alterations in the chemical composition of the detritus. The formation of CO2 from T. domingensis and E. interstincta decomposition in the water column is irrelevant in Cabiúnas Lagoon. The low DOC release from fresh aquatic macrophytes detritus indicates that particulate organic matter mineralization is the main route of T. domingensis and E. interstincta decomposition.Resumo em Português:
OBJETIVO: O dióxido de carbono (CO2) é um importante gás atmosférico envolvido tanto no ciclo biológico do carbono como no aquecimento global. Corpos d'água continentais - principalmente lagos - contribuem para o ciclo do carbono e têm sido considerados uma grande fonte de CO2 para atmosfera. No entanto, estudos científicos geralmente negligenciam a morfometria dos lagos e a presença de macrófitas aquáticas na região litorânea destes ecossistemas, que possuem um grande potencial tanto para a absorção de CO2 como para o estoque de carbono. Este estudo teve como objetivo avaliar a importância das regiões litorânea - considerando a contribuição das espécies dominantes Typha domingensis e Eichhornia azurea - no balanço de CO2 na Lagoa Cabiúnas, contrastando com a região limnética. MÉTODOS: O fluxo de CO2 foi estimado por meio de regressões lineares das concentrações de CO2 na atmosfera interna de câmaras estáticas, em cada um dos locais estudados. Foi verificada a distribuição de macrófitas ao longo do espelho d'água para avaliar os efeitos desta comunidade sobre a saturação de CO2. Outras variáveis também foram medidas ao longo do processo de amostragem para avaliar a sua relação com os dados de fluxo de CO2 por meio de critérios de seleção de modelos de Akaike. A área coberta por macrófitas aquáticas na lagoa Cabiúnas foi estimada por perfis e transectos. RESULTADOS E DISCUSSÃO: O fluxo de CO2 na superfície da água variou entre - 7,39 a 17,56 mgCO2m- 2h- 1. Foi observado predominantemente um padrão de emissão de CO2 pela superfície d'água sem macrófitas, sugerindo que a coluna d'água encontra-se supersaturada de CO2como um todo. Os valores foram semelhantes entre todos os pontos de amostragem, sugerindo que as macrófitas aquáticas não influenciam na saturação de CO2 na coluna d'água da lagoa Cabiúnas. Por outro lado, os fluxos de CO2 a partir do tecido das macrófitas mostrou um padrão claro de absorção. Influxos foram maiores em T. domingensis ( - 229,1 ± 320,9 mg CO2.m- 2.h- 1) do que em E. azurea ( - 43,8 ± 39,5 mg CO2.m- 2.h- 1). Uma vez que estas macrófitas ocupam uma área considerável da lagoa (75% da lagoa Cabiúnas) e o balanço de CO2 aponta para predominância de processos de absorção do gás, isso resulta num aporte líquido de 46,6 mg CO2.m- 2.h- 1 a lagoa Cabiúnas. A elevada contribuição de Typha domingensis para absorção de CO2 e em outros processos apontam esta espécie como uma das mais importantes para a ciclagem do C neste ecossistema. Assim, a contribuição da região litorânea não pode ser negligenciada nas estimativas do balanço de C nos ecossistemas aquáticos rasos.Resumo em Inglês:
AIM: Carbon dioxide (CO2) is an important atmospheric trace gas that is involved in both the biological carbon cycle and global warming. Inland waters - mainly lakes - contribute to C cycling and have been considered a large source of atmospheric CO2. However, scientific studies usually neglect lake morphometry and the presence of aquatic macrophytes in littoral zones, which have a great potential for CO2 absorption and for C storage. This study aimed to evaluate the importance of the littoral region on the CO2 balance in the Cabiúnas Lagoon, while also considering the contribution of the limnetic region and of Typha domingensis and Eichhornia azurea, prominent species in the area. METHODS: CO2 flux was estimated by a linear integration of CO2 concentrations measured in the internal atmospheric of a single-component static closed chambers at the studied sites. The distribution of macrophyte stands throughout lagoon surface was taken into account to evaluate the effects of macrophytes on CO2 supersaturation. Other factors were also measured throughout the sampling process to evaluate their relationship with CO2 flux data by means of Akaike model selection criterion. The area covered by aquatic macrophytes at the Cabiúnas lagoon was estimated by profiles and transects. RESULTS AND DISCUSSION: CO2 flux through the water surface ranged from - 7.39 to 17.56 mgCO2m- 2h- 1. An emission pattern predominated, suggesting that water columns are CO2 supersaturated at all sampling sites. Rates were similar among all the sampling sites, suggesting that aquatic macrophytes do not influence CO2 saturation in the water column at Cabiúnas lagoon. On the other hand, CO2 fluxes from macrophyte tissues showed a clear assimilation pattern. Influxes were higher in T. domingensis ( - 229.1 ± 320.9 mg CO2.m- 2.h- 1) than in E. azurea stands ( - 43.8 ± 39.5 mg CO2.m- 2.h- 1). Once these macrophytes covered a considerable area of the lagoon and CO2 absorption strongly overwhelmed the emission processes, then we were able to extrapolate data from the total estimated area of the evaluated sites (75% of the Cabiúnas lagoon), which resulted in a net influx of 46.6 mg CO2.m- 2.h- 1. The strong Typha domingensis contribution to CO2 absorption and other C cycling processes indicate that it is one of the most important species to Carbon cycling in the studied ecosystem. Thus, it is worth considering C cycling in lake littoral zones as a key process when estimating C balance in shallow aquatic ecosystems.Resumo em Português:
OBJETIVOS: A biodiversidade de invertebrados bioturbadores de sedimentos aquáticos pode ser importante para afetar a magnitude e estabilidade de processos bentônico-pelágicos. Entretanto, nenhum estudo até o momento testou a importância da biodiversidade de invertebrados bioturbadores sobre padrões espaciais da concentração de CH4 ([CH4]) no sedimento. MÉTODOS: Neste estudo, nós conduzimos um experimento de laboratório para testar as seguintes predições: (1) A riqueza de espécies de bioturbadores irá reduzir a [CH4] no sedimento; (2) as espécies de invertebrados bioturbadores (i.e. composição de espécies) terão efeitos distintos sobre a [CH4] no sedimento (3) e os efeitos da riqueza e composição de espécies de bioturbadores sobre a [CH4] no sedimento serão dependentes da profundidade do sedimento. RESULTADOS: A riqueza de espécies de bioturbadores não afetou significativamente a [CH4] no sedimento quando as comparações foram feitas entre os diferentes níveis da riqueza de espécies. Entretanto, a riqueza de espécies de bioturbadores reduziu significativamente a [CH4] no sedimento quando diferentes níveis de riqueza foram comparados ao controle (tratamentos sem fauna), mas estes efeitos só foram significativos na fração mais profunda do sedimento. Além disso, a composição de espécies de bioturbadores teve efeitos significativos, embora distintos, nos padrões de redução da [CH4] no sedimento, dependendo da profundidade do sedimento e da espécie do bioturbador. CONCLUSÕES: Nós concluímos que tanto o número quanto a composição de espécies de bioturbadores são fatores importantes para determinar padrões espaciais da [CH4] no sedimento, mas a força destes efeitos depende de características funcionais das espécies que determinam a força das interações interespecíficas que ocorrem ao longo da dimensão espacial de nicho no sedimento.Resumo em Inglês:
AIM: Biodiversity of sediment bioturbators has been shown to be important for to the magnitude and stability of benthic-pelagic processes. However, no study to date has evaluated the importance of the biodiversity of benthic invertebrate bioturbators to the spatial patterns of sediment CH4 concentration ([CH4]). Here we conducted a laboratorial experiment to test the following predictions: (1) Bioturbator species richness will reduce the sediment [CH4]; (2) individual bioturbator species (i.e. species composition) will have different effects on sediment [CH4]; (3) and both the effects of bioturbator species richness and composition on sediment [CH4] will be dependent on sediment depth. METHODS: We manipulated the number and composition of three functional divergent benthic invertebrate bioturbators species that are widespread in South Atlantic coastal lagoons, in laboratorial sediment chambers containing the sediment and water of an urban impacted coastal lagoon RESULTS: Bioturbator species richness had no overall significant effect on sediment [CH4] when comparisons of sediment [CH4] were made among species richness levels. However, bioturbator species richness significantly reduced sediment [CH4] when species richness levels were compared to the control (defaunated treatments), but this effect was significant only at the deepest sediment layer. Furthermore, bioturbator species composition had significant, but distinct effects on the patterns of reduction in sediment [CH4], depending on the sediment depth and the bioturbator species. CONCLUSIONS: We conclude that both the number and composition of bioturbator species are important to determine the effects of benthic bioturbators on spatial patterns of sediment [CH4], but the strength of these effects depend on species traits that determine interspecific interactions strength across the sediment vertical niche space.Resumo em Português:
OBJETIVOS: Estudos sobre os padrões e mecanismos de coerência temporal de variáveis ecológicas entre lagos têm se tornado um tema importante na limnologia. Até o momento, nenhum estudo testou se e como a oferta de recursos e a configuração da teia trófica afetam os padrões e mecanismos da coerência temporal de variáveis limnológicas. Nós conduzimos um experimento de mesocosmos em campo durante 11 semanas para testar as seguintes hipóteses: (i) a adição de nutrientes reduz a coerência temporal de variáveis ecossistêmicas; (ii) a predação por peixes potencializa a coerência temporal de variáveis ecossistêmicas e (iii) a coerência temporal é mais forte para variáveis físicas (transparência da água), intermediária para variáveis químicas (concentração de oxigênio dissolvido [OD]) e fraca para variáveis biológicas (biomassa zooplanctônica total). MÉTODOS: Nós manipulamos a presença de peixe e a adição de nutrientes inorgânicos (N e P) em um desenho fatorial 2 × 2 em dezesseis mesocosmos instalados em uma lagoa costeira tropical. A coerência foi estimada por correlações de Pearson par-a-par das trajetórias temporais de cada variável resposta entre os mesocosmos de um mesmo tratamento. RESULTADOS: A presença de peixes aumentou significativamente apenas a coerência temporal da biomassa zooplanctônica, e, contrário às nossas expectativas, a adição de nutrientes aumentou a coerência temporal da [OD]. A intensidade dos efeitos da presença de peixe e da adição de nutrientes sobre a coerência temporal foi afetada pela identidade da variável monitorada, mas não em um padrão consistente. No entanto, a interação da presença de peixe e adição de nutrientes não afetaram a coerência temporal de nenhuma variável monitorada. CONCLUSÕES: Nossos resultados indicam que a predação de peixes e a disponibilidade de recursos podem afetar significativamente padrões de coerência temporal, mas tais efeitos dependerão mais de efeitos diretos do fator local sobre a variável do que da identidade da própria variável. Concluímos que a eutrofização e a sobrepesca podem interferir no acoplamento da dinâmica espaço-temporal de algumas variáveis limnológicas.Resumo em Inglês:
AIM: The study of the patterns and mechanisms of temporal coherence of ecological variables among lakes has become an important area of limnology. However, no study to date has experimentally tested whether and how resource subsidies and food web configuration affect the patterns and mechanisms of temporal coherence of limnological variables. We conducted a field mesocosm experiment to test the following hypotheses: (i) nutrient enrichment would reduce the temporal coherence of system variables; (ii) fish predation would enhance the temporal coherence of system variables; and (iii) the strength of temporal coherence decreases from physical (water transparency), to chemical (dissolved oxygen concentration [DO]) to biological variables (total zooplankton biomass). METHODS: For 11 weeks, we manipulated fish presence and nutrient (N and P) concentration in a 2 × 2 factorial design in sixteen within-lake enclosures installed in a tropical coastal lagoon. Coherence was estimated by pair-to-pair Pearson's moment correlations of the temporal trajectories of each response variable among enclosures of the same treatment. RESULTS: Fish presence only enhanced the temporal coherence of zooplankton biomass, whereas contrary to our expectations, nutrient addition enhanced the temporal coherence of [DO]. The strength of the individual effects of fish and nutrients on temporal coherence was affected by variable identity, but this variation did not occur in a consistent pattern across variables. However, the interactive effects of fish and nutrients on the temporal coherence of the three variables monitored were not statistically significant. CONCLUSIONS: Our results indicate that local factors, such as fish presence and nutrient availability, may affect the temporal coherence of several system variables, but these effects are better predicted by the strength of direct interactions between the local factor and the variable than by the identity of the variable itself. We conclude that eutrophication and overfishing may alter the coupling of spatial and temporal dynamics of some ecosystem variables.Resumo em Português:
As lagoas costeiras do norte do Estado do Rio de Janeiro apresentam um amplo gradiente de carbono orgânico dissolvido (COD) e coloração da água, com as maiores concentrações registradas na literatura. Portanto, representam um conjunto peculiar de ecossistemas para estudos sobre a origem, processamento e destino do COD em águas continentais. Neste trabalho, revisamos 2 décadas de estudos sobre o ciclo do carbono nas lagoas costeiras desta região e discutimos as flutuações na concentração e qualidade do COD, fatores afetando sua degradação microbiana e fotoquímica, a emissão de CO2, assim como a contribuição do COD húmico e não húmico para o fluxo de energia através das cadeias tróficas. Nós mostramos que a qualidade, e não a quantidade do COD, determina as taxas de degradação fotoquímica e microbiana tanto sazonalmente (dentro dos sistemas) como espacialmente (entre sistemas), com exceção da foto-oxidação entre lagoas, a qual foi parcialmente explicada pela concentração de COD em escala regional. Em lagoas húmicas, há uma variação sazonal razoavelmente previsível da concentração de COD associada a entradas de C orgânico induzidas pelas chuvas. Porém, pouco se sabe sobre a temporização exata destas entradas alóctones e os efeitos destas sobre a variação sazonal das propriedades químicas do COD (i.e. sua qualidade). As taxas de foto-oxidação integradas para a coluna d'água foram menos representativas nas lagoas altamente húmicas, devido à forte atenuação da luz. No entanto, as contribuições potenciais da foto-oxidação e da respiração bacteriana para o efluxo total de CO2 (~11%) não diferiram significativamente quando todas as lagoas foram consideradas juntas. Contrariamente a paradigmas prevalecentes para ambientes húmicos, as microalgas mostram-se como a fonte predominante de C em lagoas húmicas, sustentando a teias tróficas pelágicas através do zooplâncton a despeito de alguma contribuição do C alóctone. Portanto, o papel predominante da alça microbiana na recuperação do COD para as teias tróficas nestes sistemas deve ser questionado.Resumo em Inglês:
The coastal lagoons in the northern Rio de Janeiro State (Brazil) present a wide gradient of dissolved organic carbon (DOC) and water color, with the highest DOC concentrations reported in the literature for aquatic ecosystems. Thus, they represent a peculiar set of ecosystems for the study of the origin, processing and fate of DOC in inland waters. We reviewed data from 2 decades of studies on the carbon cycle in these coastal lagoons and discussed the fluctuations in the concentration and quality of DOC, factors affecting DOC microbial and photochemical degradation, CO2 emission, as well as the role of humic and non-humic carbon to the energy flow through the trophic chains. We show that DOC quality, not its quantity, determines the rates of photochemical and microbial degradation both seasonally (within system) and spatially (among systems), with the exception of DOC photo-oxidation among lagoons, which is partially explained by DOC concentration at regional scale. In humic lagoons, there is a fairly predictable pattern of seasonal variation in DOC concentration associated to rainfall-induced inputs of allochthonous C. However, little is known about the exact timing of these allochthonous inputs and how they relate to the seasonal variation of DOC chemical properties (i.e. its quality). Depth-integrated photo-oxidation rates were less representative in highly humic lagoons, due to strong light attenuation in the water column. Nevertheless, the potential contribution of photo-oxidation and bacterial respiration to total CO2 efflux (~11%) did not differ significantly when all lagoons were pooled together. Contrary to prevailing paradigms for humic waters, microalgae seem to be the main C source in humic lagoons, sustaining pelagic food webs through zooplankton, in spite of some contribution of allochthonous C. Thus, the predominant role of the microbial loop in the DOC recovery to food webs in such systems is to be questioned.Resumo em Português:
OBJETIVO: Áreas alagadas costeiras são zonas potenciais para produção de metano (CH4). O presente estudo tem como objetivo avaliar a variação espacial da produção e concentração de CH4 em dez lagoas costeiras tropicais, a influência de macrófitas aquáticas na concentração de CH4 no sedimento e como a magnitude dessas taxas de produção potencial de CH4 é em comparação com outros ecossistemas. MÉTODOS: Os sedimentos foram amostrados em dez lagoas costeiras, com um ponto na região limnética e outro ponto nos bancos de macrófita aquática, quando estas estavam presentes na região litorânea. Nós medimos a produção de CH4 como uma taxa potencial e a concentração de CH4 foi diretamente medida das amostras de sedimento. RESULTADOS: As maiores taxas de produção potencial de CH4 (PPM) foram encontradas em lagoas alcalinas e hipersalinas. Contudo, Cabiúnas, que é uma lagoa de água doce densamente colonizada por macrófitas aquáticas também exibiu alta taxa de PPM. Nós também observamos que a concentração de CH4 do sedimento na região litorânea foi mais alta que na região limnética em todas as lagoas investigadas, exceto Paulista, que apresentou o padrão oposto. As taxas de produção de CH4 observadas nessas lagoas estudadas foram baixas comparadas com outros ecossistemas aquáticos. CONCLUSÃO: Nossos resultados sugerem que os sedimentos de lagoas salinas são importantes sítios produtores de CH4, e em geral, macrófitas aquáticas tem uma influência positiva na metanogênese, o que foi evidente baseado nas concentrações de CH4 presentes nos sedimentos dessas lagoas. Estudos adicionais deveriam focar nos processos subjacentes aos padrões do CH4 observados nas lagoas costeiras tropicais, especialmente preocupando-se com o acoplamento entre produção e concentração de CH4.Resumo em Inglês:
AIM: Coastal wetlands are potential zones for methane (CH4) production. The present study aims to evaluate the spatial variation of CH4 production and concentration in ten tropical coastal lagoons, the influence of aquatic macrophytes on the sediment CH4 concentration and how the magnitude of these potential CH4 production rates compare to those in other ecosystems. METHODS: Sediments were sampled in ten coastal lagoons, with one site in the limnetic region and another site in aquatic macrophyte stands when they were present in the littoral region. We measured the CH4 production as a potential rate, and CH4 concentration was directly measured from sediment samples. RESULTS: The highest potential CH4 production (PMP) rates were found in alkaline and hypersaline lagoons. However, Cabiúnas, which is a freshwater lagoon densely colonized by aquatic macrophytes, also exhibited a high PMP rate. We also observed that the sediment CH4 concentration in the littoral region was higher than in the limnetic region in all of the investigated lagoons except Paulista, which presented the opposite pattern. The PMP rates observed in the studied lagoons were low compared to other aquatic ecosystems. CONCLUSION: Our results suggest that the sediments of saline lagoons are important CH4 production sites, and in general, aquatic macrophytes have a positive influence on methanogenesis, which was evident based on the CH4 concentrations present in the sediments of these lagoons. Further studies should focus on the processes underlying the CH4 patterns observed in the tropical coastal lagoons, especially concerning the coupling between CH4 production and concentration.Resumo em Português:
OBJETIVO: O presente estudo tem o objetivo de discutir o potencial de uso dos ambientes aquáticos para fins de ensino, utilizando a lagoa Imboassica e seus problemas ambientais como caso. MÉTODOS: Foi realizada uma revisão de literatura a partir das áreas de limnologia e de Educação em Ciências (EC). Para explorar o caso, atividades de ensino na lagoa Imboassica foram descritas e avaliadas, considerando abordagens contemporâneas da EC. PRINCIPAIS RESULTADOS: Caracterizamos os problemas ambientais da lagoa Imboassica e discutimos questões relacionadas ao seu enfrentamento e à construção de processos educativos que gerem conhecimentos capazes de modificar a realidade social. As atividades realizadas na lagoa Imboassica oportunizaram a discussão com professores e alunos sobre diferentes temas relacionados às lagoas costeiras baseados em uma visão política da alfabetização científica. Dentre os potenciais das práticas realizadas pudemos identificar: relação entre universidade e escola; contribuição para a formação de indivíduos enquanto cidadãos e integração dos aspectos de ciência, tecnologia e sociedade em atividades de campo. Os seguintes limites foram identificados: a necessidade de desenvolvimento de uma ação integrada com o currículo escolar e a necessidade de desenvolver um planejamento de ações com a participação ativa dos professores da escola básica. CONCLUSÕES: O presente estudo apresentou desafios aos limnólogos, no sentido de refletir sobre as implicações sociais das suas práticas de pesquisa e de buscar interação com outros setores da sociedade e com outras áreas do conhecimento, ampliando os horizontes da educação científica.Resumo em Inglês:
AIM: The present work aims to discuss the potential use of aquatic environments for teaching purposes, taking the Imboassica Lagoon and its environmental problems as an example. METHODS: A case study method including a literature review focused on Limnology and Science Education fields (SE). The case study was developed by describing and evaluating activities performed in the Imboassica Lagoon, considering contemporary SE approaches. MAJOR RESULTS: We featured environmental problems in the Imboassica Lagoon and discussed questions related to facing the problems and the construction of educational processes that generate concepts able to change reality. The activities performed in the Imboassica Lagoon provided the opportunity to set a discussion among teachers and students about different themes related to coastal lagoons' ecology based on a politicized SE viewpoint. Among some of the key aspects related to the practices performed, we could identify: the partnership between universities and schools; the contribution to develop individuals aware of citizen senses, integrating aspects of science, technology and society in field activities. The following limits were identified: the need to develop an integrated action with the school curriculum and the need to develop a plan of action with the active participation of elementary school teachers. CONCLUSIONS: The current study presented challenges for the limnologists, in order to reflect upon the social implications of their research practice seeking interaction with other sectors of society and other knowledge fields, to enhance the horizons of scientific education.