decomposição em ambientes aquáticos

Processos ecológicosem zonas ripárias

Aurea Lemes

Pós- doutoranda

PNPD-UFSC

1Fevereiro

2015

2

1.Dinâmica da Matéria orgânica

Processos ecológicos em zonas ripárias

2.Processo de decomposição foliar 3.Métodos de amostragens

3

Zonas ripárias

Introdução

4

5

6

• “Interface entre os ecossistemas

aquáticos e terrestres”

• “Compartimento fundamental

para o funcionamento dos

ecossistemas aquáticos”• River Continuum Concept (Vannote et al. 1980)

• Localizadas ao longo das margens dos

rios e cabeceiras de drenagens

• Dinâmicos heterogeneidade

florística alterações na composição

da vegetação

Definições

7

1965 (lei 4.771) criação do Código Florestal

Áreas de preservação permanente

Limita a ocupação e proíbe a sua supressão

consequência

2012 (lei 12.651) Modificações feitas no código florestal Zonas ripárias tornaram-se

mais vulneráveis

o Inserção de novas justificativas para a supressão/diminuição das zonas ripárias.

Consequências

8

Exercem importantes funções ecológicas, sociais e econômicas:

o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica

o Filtro natural para as águas superficiais

o Controle da erosão das margens

o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa

o Importante corredor ecológico

o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos

adjacentes

Participação nos processos ecossistemas aquáticos

Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados

Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático

Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas

9

guiaecologico.wordpress.com

caliandradocerrado.com.br

Processo de urbanização +crescimento das áreas agrícolas

Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos

Benefícios diretos e indiretos obtidos pelohomem a partir dos ecossistemas

Provisão de alimentos

Formação dos solos

Manutenção da qualidade

da água

10

Tundisi & Tundisi (2010)

Processo de urbanização +crescimento das áreas agrícolas

Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos

Benefícios diretos e indiretos obtidos pelohomem a partir dos ecossistemas

guiaecologico.wordpress.com

caliandradocerrado.com.br

11

Exercem importantes funções ecológicas

o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica

o Filtro natural para as aguas superficiais

o Controle da erosão das margens

o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa

o Importante corredor ecológico

o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos

adjacentes

Participação nos processos ecossistemas aquáticos

Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados

Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático

Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas

12JFG Júnior.... todo material orgânico produzido fora do ecossistema que é incorporada posteriormente como energia no ecossistema...

O que é Matéria Orgânica Alóctone?

Rio de zona temperadas Rio de zona tropical

13

Folhas, galhos, frutos, sementes, entre outros

Conectar os ecossistemas aquáticos e terrestres

o Entrada vertical: a partir da vegetação ripária sobre o riacho

14

o Entrada horizontal: transferência de matéria orgânica estocada no solo

através do escoamento de água, ventos e movimento de animais

Entrada da matéria orgânica alóctone

Dinâmica de matériaorgânica alóctone

oriundas davegetação ripária

Radiação solar

RIACHOS

Ambientes aquáticos

Autóctones Alóctones

15

Conectam os ecossistemas aquáticos e terrestres

Galhos, folhas e partes reprodutivas

Aquaripária

Importância

16

o Riachos de baixa ordem ou cabeceiras vegetação ripária desenvolvida menor incidência de luzdiminuindo a produção autotrófica (fitoplâncton/alga perifiticas)

o Produção heterotrófica (matéria orgânica alóctone) é a principal fonte de energia e nutrientes para as comunidades aquáticas

Riachos de baixa ordem

17

• Conceito do Rio Continuo

(Vanote, 1980)

Os riachos de cabeceira e de baixa ordem sãoecossistemas que funcionam como “hotspots” dediversidade transformadores da matéria orgânicaproveniente dos sistemas terrestres, fornecendorecursos alimentares e centro dispersor debiodiversidade aos cursos d`água de maior ordem(Hauer & Hill, 2007)

18

Quais os fatores que determinam o aporte dos

detritos foliares?

o Composição das espécies vegetais

*Decíduas

*Semi-decíduas

*Perenes

o Características climáticas

*Seca

*Precipitação

*Ventos

19

Ecossistemas temperados

• Sazonal

• Características das espécies vegetais

• Outono/Inverno

• Frio fator determinante

Fonte: Hart SK et al., 2013

19

Ecossistemas tropicais

• Variável

• Localização e das características da região

• Ex: seca marcante

• Seca fator determinante

Fonte: Gonçalves et al., 2014

20

Ausência de um período de seca marcante

Entrada contínua de detritos foliares

Eventos de chuvaTempestades

21

Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária

Estrutura e a composição da vegetação ripária

influenciam na dinâmica da matéria orgânica

Fenologia

22

122 espécies

Riacho Cacheira GrandeBioma: Mata AtlânticaFlorianópolis-SCLisboa et al, in press

44 espécies

Riacho DoceBioma: CerradoBelo Horizonte-MGFrança et al. 2009

Riacho GarciaBioma: transição de MA-CEOuro Branco-MGCallisto et al. 2014

192 espécies

Diferenças na composição das espécies vegetais

Variações locaisBiomasTipo de vegetação dominanteAltitude

Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária

0

100

200

300

400

500

600

700

800

ago set out nov dez jan fev mar abr mai

gra

ma

s .m

-2.m

ês-1

Média Vertical

Média Laterais

Média Bêntico

Média Matas

23

E este efeito pode ser agravado se o tipo de detrito foliar que entra nos riachosfor composto por detritos impalatáveis (menor qualidade)

Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária

Remoção das zonas ripárias

Mudanças na composição da vegetação ripária

Estrutura e os processos funcionais

Qualidade e a quantidadede detritos para o ecossistema

Substituição por espéciesexóticas

Avanço das problemáticasambientais

24

Nitrogênio

Fósforo Polifenóis

Lignina

Celulose

Carbono

Qualidade química do detrito foliar

NUTRIENTES

ESTRUTURAIS

DEFESAS QUÍMICAS

Outras defesas:Cutículas e a dureza das folhas

edfotos.fotosblogue.com

Polifenóis:

• Compostos defensivos produzidos pelas

espécies vegetais

•Proteção contra herbívoria

• variam de acordo com a espécie, idade e

nível de decomposição das folhas

• Presença deste pode afetar a colonização

microbiana, retardando a decomposição

dos detritos

Acta bot. bras. 23(2): 407-413. 2009Compostos secundários durante a decomposição foliar de espécies arbóreas em um riacho do sul do BrasilLuiz Ubiratan Hepp, Rogério Delanora e André Trevisan

Composto estrutural das plantas vasculares- conferem dureza aos tecidos vegetais

Difícil decomposição

Proteção contra herbivoria e infecções microbianas

“...altas concentrações destes compostos estão associados

com baixa colonização microbiana...”

LIGNINA E CELULOSE

27

Qualidade do detrito +

ambiente físico

Comunidadedecompositora

consequência

Atratividade

Composição química e estrutura física

N + colonização microbiana Detritos

palatáveis

Fases finais (fungos) ou iniciais da colonização

(bactérias)

Nível de degradação do detrito

Completo ou

incompleto

Estágio de colonização microbiana

Lignina e Celulose Detritosimpalatáveis

consequência Processamento dodetrito foliar

Certos tipos de detritos são especialmente atrativos para os

invertebrados

28

Zonas ripárias Sistemas aquáticos

Processos ecossistêmicos

28

Processo de Decomposição foliar

Parte 2- Processo de decomposição foliar

29

“...mudança de estado do detrito foliar,

passando de matéria orgânica particulada

grossa para matéria orgânica particulada fina

e dissolvida...”

tempo

Decomposição foliar

FísicosTemperatura da água

Vazão

BiológicosInvertebrados

Microorganismos

Químicosnutrientes

Oxigênio dissolvido

Composiçãodo detrito

30

Ciclagem de nutrientes

Interações tróficas

Transferência de energia

31

Decomposição da matéria orgânica

32

Modelo tradicional de decomposição foliar em sistemas aquáticos:

1-Lixiviação

2-Condicionamento

3-Fragmentação

Conversion to

FPOM

Invertebrates Colonization,

Microbial Activity

And Physical Decomposition

Microbial Colonization andPhysical Decomposition

ChemistryDecomposition

Leaf Fall (CPOM)

• Início imediatamente após a imersão das folhas na água

• Liberação dos compostos hidrossolúveis (proteína,

aminoácidos, lipidios)

• Mudanças na química inicial do detrito.

• Influências intrínsecas e extrínsecas à planta.

• Perda de massa – até 30 %.

33

1-Lixiviação

Conversion to

FPOM

Invertebrates Colonization,

Microbial Activity

And Physical Decomposition

Microbial Colonization andPhysical Decomposition

ChemistryDecomposition

Leaf Fall (CPOM)

Lixiviação

• período de colonização e crescimento de micro-organismos

no detrito foliar

• Intensificam-se as modificações químicas e estruturais do

detrito devido a colonização microbiana

• Aumento da palatabilidade e da qualidade nutricional do

detrito foliar para os invertebrados

34

2-Condicionamento

Conversion to

FPOM

Invertebrates Colonization,

Microbial Activity

And Physical Decomposition

Microbial Colonization andPhysical Decomposition

ChemistryDecomposition

Leaf Fall (CPOM)

Condicionamento

35

3-Fragmentação

• resultante da abrasão física e consumo das folhas pelos invertebrados, principalmente os pertencentes ao grupo trófico funcional fragmentador Conversion to

FPOM

Invertebrates Colonization,

Microbial Activity

And Physical Decomposition

Microbial Colonization andPhysical Decomposition

ChemistryDecomposition

Leaf Fall (CPOM)

Fragmentação

36

Adaptado de Allan (1995)

Conversion to

FPOM

Invertebrates Colonization,

Microbial Activity

And Physical Decomposition

Microbial Colonization andPhysical Decomposition

ChemistryDecomposition

Leaf Fall (CPOM)

Lixiviação

Condicionamento

Fragmentação

Apesar de distintas, estas fases se sobrepõemdurante a decomposição da matéria orgânica(Gessner et al. 1999)

Modelo tradicional de decomposição:

37

38

Fatores biológicos:

o Algas, bactérias, fungos, ciliados, flagelados, amebas e nematóides estão envolvidos no

processo de decomposição dos detritos foliares alóctones

o Bactérias e os fungos (hifomicetos aquáticos) são considerados os principais micro-

organismos decompositores

Joan

Art

igas

Ale

jo-

tese

de

do

uto

rad

o

1.Micro-organismos

39

Bactérias e fungos hifomicetos

o Capazes de produzir enzimas extracelulares que degradam os polímeros estruturais na

parede celular das plantas promovendo perda de massa e

suavizando os tecidos foliares para a alimentação dos invertebrados

o Apesar da importância bacteriana, os hifomicetos aquáticos são os principaisdirecionadores deste processo.

Fungos hifomicetos Início do processo de decomposiçãoimportância

Bactérias Final do processo de decomposiçãoimportância

40

Fungos hifomicetos

o Hifomicetos aquáticos são fungos anamórfos

SUCESSO

ADAPTAÇÕES FISIOLÓGICAS

ADAPTAÇÕES MORFOLÓGICAS

o ocorrem predominantemente no ambiente

aquático

o Apresentam reprodução assexuada, com

formação de conídios (estruturas de dispersão)

Fungos hifomicetos

Adaptações morfológicas Adaptações fisiológicas

41Joan

Art

igas

Ale

jo-

tese

de

do

uto

rad

o

o Produção de conídios em formatos

sigmóides ou tetrarradiados

o Eficiente aderência aos substratos

o Produção enzimas extracelulares

o Degradar polímeros estruturais

Aumenta a qualidade do detrito vegetal para o consumo dos invertebrados

aquáticos

42

Fungos hifomicetos

o Temperatura

o Condutividade

o Velocidade da água

o Oxigênio dissolvido

o Nutrientes (N e P)

Biomassa

Atividade dos hifomicetos

43

Aumento da temperatura + concentração de nutrientes na coluna

d’água

Aumento nas taxasde decomposição foliar

Estimulam o crescimento, reprodução e o

metabolismo dos hifomicetos

crescimento, reprodução e o metabolismodos hifomicetos dos fungos aquáticos

Nutrientes inorgânicos + baixas taxas de O2

Efeitonegativo

44

Apresentam um aparelho bucal adaptado para macerar e rasgar partes da matéria orgânica

particulada grossa

“…aumentando a área disponível para a ação microbiana…”

...selecionar/rejeitar algumas espécies de folhas...

Fatores biológicos:

2. Invertebrados fragmentadores

45

Físicos:

1. pH e velocidade da água

Águas com baixos valores de pH

menores coeficientes de decomposição

águas ácidas inibem a atividade microbiana

Águas mais agitadas

Estimula a atividade microbiana eaumenta a fragmentação dos detritos

Aumenta o processamento do detrito foliar

Interfere na taxa de decomposição

Aumenta a taxa de decomposição

46

Decomposição dos detritos foliares como método de avaliação ambiental

conservação da zona ripária ----------------- fundamental para preservar a integridade ecológica

caliandradocerrado.com.br

A redução ou perda da vegetação ripária é um dos impactos ambientais mais comuns nos sistemas aquáticos

consequências negativas nos parâmetros funcionais eestruturais do ecossistemas

47

Indicadores funcionais

Indicadores estruturais

Comunidade aquática e seus recursos

Taxas, padrões e processos

ecossistêmicos

Como avaliar os efeitos dos distúrbios antrópicos sobre a integridade ecológica de riachos?

Integridade ecológica dos riachos

Taxa de decomposição foliar Processo integrado: liga a vegetação ripária, condições ambientais e a

atividade dos invertebrados e micro-organismos

DETRITO FOLIAR

FísicosTemperatura da água

Vazão

BiológicosInvertebrados

Microorganismos

Químicosnutrientes

Oxigênio dissolvido

Composiçãodo detrito

48

49

<

Desta forma, a taxa de decomposição foliar foi mais

rápida no riacho referência do que no impactado.

% m

ass

rem

ain

ing

Bre

akd

ow

nra

tes

(day

-1)

reference impacted

Mass remaining

Breakdown rates

Perda de massa foliar

50

385

325

50

Altas [O2] + características naturais do ambiente podem ter favorecido a presença dos fungos

aquáticos, principalmente hifomicetos aquáticos

Eficientes no processo de decomposição foliar

Biomassa dos fungos :

Avaliada pela quantificação do ergosterol, lipídeo exclusivo das membranas dos fungos

51

• Riqueza de invertebrados foi maior no riacho referência, porém a abundância total foi maior no

impactado

• Capacidade dos organismos de se adaptar as mudanças ambientais

Invertebrados aquáticos

52

Métodos de amostragens

53

Dinâmica da matéria orgânica

Como avaliar o aporte de MO em riachos?

54

Amostragem vertical

55

Amostragem vertical

56

Aporte solo (1m²) Estoque bêntico (0,1024m²)

57

Como avaliar o decomposição foliar em riachos?

Detritos foliares Litter bags

incubação

Incubado por n dias

58

Marcelo Moretti

O material vegetal pode ser agrupado em 3 categorias:

1. Decomposição rápida: valor de k > 0,001 dia/12. Decomposição média: 0,005 dia/1 < k< 0,010 dia/13. Decomposição lenta: k < 0,005 dia/1

61

OBRIGADA

luizalemes@yahoo.com.br