Variação espacial e sazonal do zooplâncton nos reservatórios do Sistema Cantareira, Brasil

Spatial and seasonal variation of zooplankton in reservoirs of the Cantareira system, Brazil

Resumo

Neste estudo investigou-se a variação espacial e sazonal da comunidade zooplanctônica e sua relação com as características físicas, químicas e biológicas da água em cinco reservatórios (Jaguari, Jacareí, Cachoeira, Atibainha e Paiva Castro) do sistema Cantareira. Amostragens foram realizadas em maio/junho e novembro/dezembro de 2013 em 19 pontos. Para verificar a similaridade dos atributos zooplanctônicos, efetuou-se uma análise de similaridade bifatorial e um ordenamento multidimensional não-métrico. A relação entre os descritores biológicos e ambientais foi examinada usando-se correlação de Pearson. Um total de 35 táxons foi identificado. Os rotíferos predominaram em termos de riqueza e os juvenis de Copepoda seguidos por Bosmina freyi foram os mais abundantes. Em geral, os locais apresentaram condições mesotróficas com exceção do reservatório Jaguari considerado eutrófico. Com base nas análises, foi evidenciado uma variação espaço-sazonal e correspondência entre descritores ambientais e a densidade. A morfometria do reservatório, o tempo de residência, as interações ecológicas e as mudanças de qualidade da água podem ser fatores que explicam a variabilidade observada.

Palavras-chave:
bioindicador; comunidade zooplanctônica; limnologia.

Abstract

This study examined the spatial and seasonal variation of zooplanktonic communities and their relationship to the physical, chemical and biological properties of water in five reservoirs (Jaguari, Jacareí, Cachoeira, Atibainha e Paiva Castro) of the Cantareira system. Sampling was performed in May/June and November/December 2013 at 19 sites. To verify similarity of zooplankton attributes, we applied a two-way similarity analysis and a non-metric multidimensional scaling. Relationship between biological and environmental descriptors was examined by Pearson correlation. A total of 35 taxa was identified. Rotifers were predominant in terms of species richness and juvenile copepods followed by Bosmina freyi were the most abundant. Overall, the sites showed mesotrophic conditions, with the exception of the Jaguari reservoir, which was considered eutrophic. Based on the analysis, spatial and seasonal variations and correspondence between environmental indicators and densities were observed. Reservoir morphometry, water retention time, ecological interactions and water quality might explain the observed trend.

Keywords:
bioindicator; limnology; zooplankton community.

1. INTRODUÇÃO

Reservatórios em particular são ecossistemas artificiais com alto grau de heterogeneidade ambiental (Cardoso-Silva, 2008). Ao longo do eixo central de um reservatório, mudanças físicas, químicas e biológicas ocorrem gradativamente sendo possível observar compartimentos com características lóticas, de transição e lênticas (Thornton et al., 1990). Em todos os ambientes, a análise dos padrões que consideram o espaço e o tempo pode ser utilizada para compreender os processos ecológicos e a complexidade das interações (Fortin e Dale, 2005).

O zooplâncton de ambientes aquáticos continentais é constituído na sua maioria por protozoários, rotíferos, cladóceros e copépodos, os quais desempenham papel importante na cadeia alimentar, transferindo massa e energia de produtores primários para níveis tróficos superiores (Pereira et al., 2011). Nesse grupo, espécies sensíveis à poluição e contaminantes são geralmente eliminadas, e as mais resistentes mostram elevadas taxas de crescimento populacional. Por isso, o zooplâncton pode ser considerado indicador de modificações causadas nos ecossistemas aquáticos por atividades impactantes (Barbosa et al., 2006; Galdino et al., 2007; Santos et al., 2009).

Pesquisas sobre a comunidade zooplanctônica são realizadas desde a década de 70 no Brasil (Nordi e Watanabe, 1978; Corgosinho e Pinto-Coelho, 2006; Santos-Wisniewski e Rocha, 2007; Almeida et al., 2009; Sartori et al., 2009; Paranhos et al., 2013; Dantas-Silva e Dantas, 2013). Dentre os trabalhos realizados no estado de São Paulo destacam-se: levantamento de espécies (Sendacz e Kubo, 1982; Matsumura-Tundisi e Silva, 2002; Matsumura-Tundisi e Tundisi, 2011; Silva e Matsumura-Tundisi, 2011; Souza-Soares et al., 2011), qualidade ambiental (Sendacz et al., 2006) e migração vertical e horizontal (Casanova e Henri, 2004).

O sistema Cantareira é um complexo de represas destinado ao abastecimento público de mais da metade da região Metropolitana de São Paulo (Whately e Cunha, 2007). Devido ao quadro atual de crise hídrica, são necessários levantamentos com intuito de descrever a situação desses reservatórios e identificar possíveis mudanças nas condições ambientais. Desse modo, objetivou-se com este trabalho determinar a variação espacial e sazonal do zooplâncton e sua relação com os parâmetros limnológicos em cinco reservatórios do sistema Cantareira.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Área de estudo

Localizado na região norte da Grande São Paulo, o sistema Cantareira produz 33 mil litros de água por segundo e é composto por cinco reservatórios (Jaguari, Jacareí, Cachoeira, Atibainha e Paiva Castro) de regularização de vazões com túneis e canais de interligação para transferência de água de uma represa para outra (Tabela 1, Figura 1). Esse complexo possui ainda um reservatório destinado a manter o fluxo para uma estação de tratamento, o reservatório Águas Claras. O sistema compreende as bacias hidrográficas do alto rio Tietê e do Piracicaba. O clima da região é subtropical de altitude com inverno seco e verão ameno. No entorno, a vegetação original pertence ao bioma de mata atlântica, e atualmente, consiste em mata secundária (Oliveira et al., 2008).

Tabela 1.
Características hidrológicas das represas do Sistema Cantareira.

• Fonte: Whatley e Cunha (2007); Netto e Barros (2010).

Figura 1.
Pontos de amostragem nos reservatórios do sistema Cantareira. Legenda: Jaguari (JG), Jacareí (JC), Cachoeira (CA), Atibainha (AT) e Paiva Castro (PC). Região central (C), canais (CH), saída d’água (S), barragem (B) e rio (R).

2.2. Procedimento de coleta e análise

As coletas foram realizadas nas represas Jaguari, Jacareí, Cachoeira, Atibainha e Paiva Castro no inverno (maio/junho) e verão (novembro/dezembro) de 2013. Em cada local, amostras integradas da coluna d’água foram coletadas por meio de mangueiras de diferentes comprimentos (5, 3 e 2 m) conforme a profundidade máxima mensurada.

Em laboratório, o material foi filtrado para as determinações de clorofila a, sólidos em suspensão, nitrato, nitrito e íon amônio. Em amostras de água bruta foram determinadas as concentrações de fósforo total (Tabela 2). Em campo foram tomadas medidas da profundidade máxima (m), do disco de Secchi (m) além do oxigênio dissolvido (mg L^-1), temperatura (°C), condutividade elétrica (µS.cm) e pH medidos por meio de sonda multiparâmetros (YSI mod 556 MPS).

Amostras do zooplâncton foram coletadas com rede de 68 μm através de arrasto vertical seguindo a coleta d’água. Os organismos foram anestesiados com água gaseificada e em seguida fixados com solução de formol 4% com sacarose (Cetesb, 1990). A contagem dos organismos foi realizada por meio de uma câmara de Sedgwick-Rafter. A densidade numérica foi expressa em organismos por metro cúbico (org./m³) (Cetesb, 1990). A identificação taxonômica foi baseada em Koste (1978), Reid et al. (1988), Shiel e Koste (1992), Nogrady et al. (1995), Segers (1995), Segers e Dumont (1995), De Smet (1996), Elmoor-Loureiro (1997), Rocha et al. (2011), Nogrady e Segers (2002), Kotov et al. (2003), Silva (2003), Elmoor-Loureiro et al. (2004), Gützel et al. (2004), Kotov (2009) e Perbiche-Neves et al. (2015), Tundisi e Matsumura-Tundisi (2008).

Tabela 2.
Parâmetros limnológicos e metodologias empregadas.

• Fonte: Teixeira et al. (1965); Valderrama (1981); Mackereth et al. (1978); Koroleff (1976); Lorenzen (1967).

2.3. Análise de dados

O índice do estado trófico (IET) foi calculado com base na média aritmética dos dados de fósforo total e clorofila a, conforme Carlson (1977) e modificado por Lamparelli (2004) para reservatórios. A seguinte classificação foi utilizada: IET <= 47 (ultraoligotrófico), 47 < IET <= 52 (oligotrófico), 52 < IET <= 59 (mesotrófico), 59 < IET <= 63 (eutrófico), 63 < IET <= 67 (supereutrófico) e IET > 67 (hipereutrófico).

Para padronização das variáveis limnológicas às análises estatísticas, utilizou-se o método que calcula a razão entre as diferenças dos valores brutos menos os mínimos divididos, pela diferença entre o máximo e mínimo (Milligan e Cooper, 1988). Para o zooplâncton, os dados foram logaritimizados (log X + 1) (Melo e Hepp, 2008).

Com intuito de visualizar o ordenamento espacial, aplicou-se uma análise de escalonamento não-métrico multidimensional (nMDS) para as matrizes de densidade e riqueza por estação sazonal (Melo e Hepp, 2008). Para detectar a significância do ordenamento, efetuou-se uma análise de similaridade bifatorial (ANOSIM) (Clark, 1993). Para a matriz de riqueza, utilizou-se o índice de similaridade de Jaccard, e para abundância aplicou-se o índice de Bray-Curtis. A correlação de Pearson (r) foi realizada para analisar as relações entre os descritores ambientais e a densidade. As análises foram realizadas com nível de significância de 0,05 (95%).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Variáveis limnológicas

Os parâmetros limnológicos mensurados nos reservatórios estão descritos na Tabela 3. Maiores profundidades foram verificadas no reservatório Jaguari (29,1 m) e locais mais rasos no reservatório Paiva Castro (9,2 m). Maior transparência foi observada no reservatório Cachoeira (2,8 m) em contraste com o Jaguari (0,5 m). Temperaturas mais altas foram registradas na represa Jacareí (25,6°C) no verão, com águas mais frias no reservatório Atibainha (18,8°C) no inverno. Maiores teores de oxigênio dissolvido foram mensurados no reservatório Cachoeira (9,9 mg L^-1) no inverno e baixas concentrações na represa Jaguari (6,0 mg L^-1) no verão. A condutividade elétrica não variou significativamente entre as localidades, com valores entre 30,9 µS/cm (Atibainha) e 36,0 µS/cm (Jacareí).

Tabela 3.
Médias das variáveis limnológicas dos reservatórios do Sistema Cantareira obtidas no verão (V) e inverno (I) durante 2013. Legendas: ultraoligotrófico (U), oligotrófico (O), mesotrófico (M), eutrófico (E), supereutrófico (S) e hipereutrófico (H).

Em relação aos nutrientes (fósforo total, nitrato, nitrito, amônio e nitrogênio inorgânico dissolvido), clorofila a e sólidos em suspensão, foram determinadas concentrações elevadas no reservatório Jaguari. Nesse reservatório foram observadas condições eutróficas, em contraste com os demais, considerados mesotróficos. Em estudo realizado por Gazonato-Neto et al. (2014) em dois mananciais do sistema Cantareira, pode-se notar que o reservatório Jaguari encontrava-se mais eutrofizado do que o Jacareí.

3.2. Comunidade zooplanctônica

Um total de 35 táxons foi identificado, sendo 17 rotíferos, 10 copépodes e 8 cladóceros (Tabela 4).

Possivelmente, os rotíferos predominaram por serem animais oportunistas e geralmente associados a ambientes eutrofizados (Rocha et al., 1999). Além disso, registrou-se a presença do rotífero exótico K. bostoniensis que foi recentemente introduzido no Brasil (Landa et al., 2002). Esse braquionídeo pode representar risco por competir com espécies nativas, ocasionando modificações na estrutura e dinâmica das comunidades (Bomfim et al., 2016).

Tabela 4.
Lista de táxons encontrados nos reservatórios do sistema Cantareira em 2013.

No inverno, maiores riquezas foram assinaladas na barragem do reservatório Jaguari e no centro da represa Cachoeira com 17 espécies (Figura 2A). Nessa estação, foi observado menor riqueza na barragem do reservatório Atibainha (4 táxons). Na amostragem de verão, o maior número de espécies foi encontrado na saída de água da represa Jaguari (25 táxons) em contraste com a entrada do rio no reservatório Paiva Castro (4 táxons) (Figura 2B).

A distância entre os corpos d’água e os tipos de conexão que apresentam com o rio e com todo o sistema podem ser fatores determinantes para a composição de espécies. Características locais e próprias de cada área envolvem interações bióticas e abióticas que interferem na dinâmica de cada comunidade moldando sua estrutura (Abra et al., 2014).

Durante o inverno, a densidade total variou de 218 a 12.200 ind./m³, enquanto no verão, os valores oscilaram entre 131 e 10.143 ind./m³ (Figura 3A e B). Nos dois períodos estudados, os copepoditos de Calanoida e Cyclopoida seguidos por Bosmina freyi foram mais abundantes. A produção de estágios jovens (copepoditos) pode ser considerada uma estratégia adaptativa das populações para compensar a alta mortalidade dos indivíduos antes de alcançarem a fase adulta (Espíndola et al., 2000). Em relação a B. freyi, é reconhecido que este cladócero pode indicar ambientes eutrofizados (Rocha et al., 1999; Gützel et al. (2004); Silva e Matsumura-Tundisi, 2011; Gazonato-Neto, 2013).

Figura 2.
Riqueza dos grupos zooplanctônicos em cinco reservatórios do sistema Cantareira no inverno e verão de 2013.

Figura 3.
Densidade dos grupos zooplanctônicos (ind./m³) em cinco reservatórios do sistema Cantareira no inverno e verão de 2013.

Através da nMDS foi possível observar agrupamentos e heterogeneidade espacial (Figura 4), confirmados pela ANOSIM para os dados de riqueza (espacial = 0,37 p < 0,05; sazonal = 0,31; p < 0,05) e densidade (espacial = 0,74 p < 0,05; sazonal = 0,50; p < 0,05). Nesse sentido, variações físico-químicas e biológicas no ambiente podem resultar em alterações na dinâmica do zooplâncton (Abra et al., 2014). A hidrodinâmica também influencia os fatores limnológicos e consequentemente as populações aquáticas. Brook e Woodward (1956) observaram que o tempo de residência da água acima de 18 dias propicia o recrutamento de planctontes. Enquanto Melão (2010) analisou que o tempo de residência deve ser superior a 16 dias para o desenvolvimento de microcrustáceos. O baixo tempo de residência calculado para represa Paiva Castro (10 dias) pode ter sido um dos principais fatores que influenciaram a baixa riqueza no local.

Cabe ressaltar que a heterogeneidade ambiental não está relacionada somente a fatores como o regime operacional influenciado pelas demandas de água, mas também das características fisiográficas e atividades humanas que se desenvolvem ao longo de bacias hidrográficas (Hackbart et al., 2015). Fatores como qualidade e quantidade de recursos alimentares, competição intra e interespecífica, parasitismo e predação também devem ser considerados (Xie et al., 1998; Ortega-Mayagoitia et al., 2011; Meirinho et al., 2013). Assim, existem múltiplos elementos envolvidos na heterogeneidade dos ecossistemas aquáticos e todos esses podem agir conjuntamente (Shimabukuro, 2014).

Figura 4.
Diagramas de ordenação não-métrica multidimensional (nMDS) da composição e abundância de espécies do sistema Cantareira em 2013.

Os dados de densidade de Calanoida estiveram correlacionados positivamente com a concentração de nitrogênio inorgânico dissolvido (r = 0,39 p < 0,05). De acordo com Panosso et al. (2003), essa associação pode estar relacionada ao hábito alimentar do crustáceo Notodiaptomus, que pode ingerir cianobactérias frequentemente encontradas em locais com enriquecimento de nitrogênio. A associação dos rotíferos (r = 0,36 p < 0,05) e cladóceros (r = 0,45 p < 0,05) com a profundidade, pode estar relacionada com a quantidade de sólidos em suspensão e uma possível preferência dos organismos pela zona litoral do corpo d’água. Em geral, na região litoral de lagos e reservatórios ocorrem macrófitas aquáticas que podem servir como abrigo para os animais (Sorf e Devetter, 2011). Com relação aos sólidos, a concentração da fração inorgânica pode ser prejudicial, uma vez que partículas podem aderir-se e obstruir os aparatos dos organismos. Por outro lado, altas concentrações da fração orgânica podem ser mais nutritivas (Mortari, 2004; Hoffmann, 2012). A densidade dos Rotifera (r = 0,32 p < 0,05) apresentou correlação positiva com o fósforo total, corroborando outras pesquisas que apontam esse grupo como indicador de águas eutrofizadas (Landa et al., 2002; Eler et al., 2003).

4. CONCLUSÃO

Em relação a qualidade da água, pode-se observar locais mesotróficos, com exceção do reservatório Jaguari com elevada trofia. Diante disso, faz-se necessário adotar medidas de saneamento ambiental com intuito de reduzir a carga de nutrientes no sistema. Quanto a comunidade zooplanctônica, os Rotifera predominam em número de espécies e os Copepoda em abundância. As populações apresentam heterogeneidade espacial e sazonal, sendo essa variação relacionada a fatores aqui discutidos. Futuros estudos sobre os ovos de resistência (diapausa) serão úteis para compreender a dispersão dos organismos entre os reservatórios interligados. As variáveis bióticas e abióticas estiveram relacionadas, sustentando o potencial do zooplâncton como ferramenta indicadora de qualidade ambiental.

5. AGRADECIMENTOS

Ao auxílio financeiro concedido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP (Convênio CAPES), processos 2012/11890-4 e 2014/04471-0.

6. REFERÊNCIAS

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Ago 2017

Histórico

• Recebido
  08 Maio 2016
• Aceito
  20 Abr 2017