Universidade Federal de Minas GeraisInstituto de Ciências Biológicas
XVII Semana de Estudos da Biologia
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
MSc. Marcelo da Silva Moretti - [email protected] Programa ECMVS - ICB/UFMGLaboratório de Ecologia de Bentos - www.icb.ufmg.br/~bentos
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Por que estudar processos em ecossistemas lóticos?
A avaliação de processos ecológicos vai nos permitir inferir sobre:
• O funcionamento do ecossistema.
• O papel dos organismos no ecossistema.
• Os resultados de eventos passados e as possíveis conseqüências de eventos futuros.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Parâmetros Convencionais X Processos o ecossistema como um cenário...
Escala Temporal
Parâmetros Bióticos e Abióticos
Processos Ecológicos
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Avaliação de Processos Ecológicos
Ciclo de vida dos organismos
Taxa de produção do biofilme
Medição de Clorofila
Taxa de Retenção de Folhas
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Mas o que é melhor?Fazer um filme ou tirar uma foto?
Depende... Qual a sua pergunta?
Observação Pergunta Hipótese
ExperimentoAnálise dos ResultadosConclusão
Método Científico
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
O Processo de Decomposição
O Conceito
Degradação de matéria orgânica em compostos
simples orgânicos e inorgânicos, com conseqüente
liberação de energia.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Dinâmica de matéria orgânica em riachos.
• Processos ecológicos em ecossistemas aquáticos (entrada, retenção, acúmulo e decomposição de detritos orgânicos).
• A influência da vegetação ripária na produtividade de pequenos córregos.
• Processamento de detritos foliares em ecossistemas aquáticos.
Os Princípios
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Seqüência de decomposição de detritos foliares
1 10 100 250
Tempo (dias)
5-25% 5% 20-35% 15-25% ~30%
Decomposição química
Colonização microbiana e decomposição física
Colonização por invertebrados,continuação da atividade microbiana
e decomposição física Conversão paraMOPF
Lixiviação de compostos solúveis
(MOD)
Mineralização por respiração microbiana
para CO2
Aumento doconteúdoprotéico
Novaconversãomicrobiana
Alimentaçãoanimal
Fezes e fragmentos
Quantidade deperda de peso
Queda natural da folha (MOPG)
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Como medir decomposição?
• Os coeficientes de decomposição são determinados a partir da porcentagem de perda de peso ao longo do tempo.
Modelo exponencial negativo:
Wt = Peso remanescente no tempo t
Wo = Peso inicial
k = Coeficiente de decomposição
Wt = Wo e-kt
Tempo (dias)
% P
eso
Seco
(g)
Ln
Tempo (dias)%
Peso
Seco
(g)
K = inclinação
Análise de Covariância (ANCOVA)
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Córregos temperados X córregos tropicais.
• Fatores que influenciam as taxas de decomposição.
• Os detritos se encontram misturados no leito dos córregos.
• A composição da mistura pode afetar a taxa de decomposição de cada espécie individualmente.
• Composição de espécies X funcionamento do ecossistema = manejo e recuperação dos corpos d’água.
O que influencia no processo?
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
O papel dos invertebrados
PlecopteraGrypopterygidae
• Entrada alóctone de detritos: acúmulos no leito dos córregos = fonte de alimento e/ou abrigo para invertebrados bentônicos.
• Vegetação ripária = disponibilidade de recursos alimentares = estrutura trófica da assembléia de invertebrados.
• Fragmentadores são capazes de selecionar algumas espécies de folhas.
• Qual o papel dos organismos decompositores nos trópicos?
Região Temperada: microrganismos invertebrados
Região Tropical: microrganismos invertebrados
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
O papel dos invertebrados
Fonte:Fleituch, 2001.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Fonte: Fleituch, 2001.
O papel dos microrganismos
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Nutrientes X Microrganismos
Gulis & Suberkropp, 2003
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Como o processo de decomposição ocorre
nos córregos tropicais?
Resultados obtidos no Laboratório de Ecologia de Bentos
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Espécies Estudadas
Myrcia guyanensis Ocotea sp. Miconia chartacea
Protium brasiliense Protium heptaphyllum
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Córrego Indaiá – 3ª ordem
Córrego Garcia – 3ª ordem
Parque Nacional da Serra do Cipó (MG)
Rodovia MG-129, Serra do Ouro Branco
P-Total:14,5–20,25 g/L
N-Total:145,1–234,0 g/L
P-Total:260,0 g/L
N-Total:1000,0 g/L
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Metodologia
• Área de Estudos:
• Variáveis abióticas (vazão, pH, O2 dissolvido, temperatura e
condutividade elétrica).
• Coleta de folhas: redes (1m2, 10 mm de malha) fixadas a 1,5 m do solo.
• Sacos de detrito (litter bags) de 15 x 20 cm (10 mm de malha).
Córrego Indaiá (19° 16,4’ S – 43° 31,2’ W), 3ª ordem.
Córrego Garcia (20° 21’ S – 43° 41’ W), 3ª ordem.
Detritos de uma única espécie: 1 + 0,005 g de folhas.
Detritos misturados: 2 + 0,005 g de folhas.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Sacos contendo detritos misturados:
• Quatro réplicas para cada tratamento.
• Tempos de incubação: 7, 15, 30, 60, 90 e 120 dias.
• Lavagem sobre peneira de 120 m e secos a 60° C por 72 horas.
• Nos sacos contendo a mistura de detritos, as espécies foram separadas antes da pesagem.
Incubação dos sacos de detritos.
Espécies Aporte Vertical (%) Composição de detritos misturados (g)
Protium heptaphyllum 35 0,70
Myrcia guyanensis 29 0,58
Protium brasiliense 16 0,32
Ocotea sp. 10 0,20
Miconia chartacea 10 0,20
Detritos misturados.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Características dos detritos foliares:
Polifenóis totais;
Nitrogênio total (Embrapa);
Fósforo total (Embrapa);
Dureza foliar.
funil
tubo
recipiente de plástico
ripa
pregador 1 pregador 2
amostra
roldana
funil
tubo
recipiente de plástico
ripa
pregador 1 pregador 2
amostra
roldana
Extração de Polifenóis
Aparelho construído para medir a resistência de material foliar.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Nitrogênio Fósforo Polifenóis Resistência
M. guyanensis
0,95 + 0,12
0,030 + 0,0
8,48 + 0,38
869,90 + 114,25
Ocotea sp. 1,11 + 0,10 0,030 + 0,0 6,31 + 0,28 590,17 + 11,43
M. chartacea 0,88 + 0,05 0,027 + 0,006 7,31 + 0,48 481,66 + 110,26
P. brasiliense 0,98 + 0,20 0,027 + 0,006 6,37 + 0,29 731,95 + 140,12
P. heptaphyllum 0,92 + 0,05 0,023 + 0,006 7,83 + 0,19 576,87 + 289, 79
F 1,611 1,167 30,264 1,776
p 0,246 0,382 < 0,001 0,210
1. % g-1 PSRF; 2. gramas.
1 1 1 2
• Experimento 1 - Características dos detritos foliares:
Teste de Tukey: 1. M. guyanensis
2. M. chartacea
3. P. brasiliense e Ocotea sp.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
02 0
4 06 0
8 01 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2
0
Individuais Misturados
Ocotea sp.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
• Córrego Indaiá: Coeficientes de decomposição
ANCOVA, p> 0,05
Coeficientes de decomposição (-k dia-1)
Myrcia guyanensis
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Peso
Rem
anesc
ente
(%
)
Miconia chartacea
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Protium brasiliense
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (dias)
Peso
Rem
anesc
ente
(%
)
Protium heptaphyllum
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (dias)
Indaiá
Espécies Individuais Misturados
Myrcia guyanensis
0,0063
0,0068
Ocotea sp. 0,0043 0,0036
Miconia chartacea 0,0033 0,0031
Protium brasiliense 0,0020 0,0017
Protium heptaphyllum 0,0019 0,0022
Myrcia guyanensis Ocotea sp. Miconia chartacea
Protium brasiliense Protium heptaphyllum
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
02 0
4 06 0
8 01 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2
0
Individuais Misturados
Ocotea sp.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
• Córrego Garcia: Coeficientes de decomposição
Coeficientes de decomposição (-k dia-1)
ANCOVA, p> 0,05
Myrcia guyanensis
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Peso
Rem
anesc
ente
(%
)
Miconia chartacea
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Protium brasiliense
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (dias)
Peso
Rem
anesc
ente
(%
)
Protium heptaphyllum
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (dias)
Myrcia guyanensis Ocotea sp. Miconia chartacea
Protium brasiliense Protium heptaphyllum
Garcia
Espécies Individuais Misturados
Myrcia guyanensis
0,0053
0,0056
Ocotea sp. 0,0088 0,0062
Miconia chartacea 0,0051 0,0057
Protium brasiliense 0,0042 0,0045
Protium heptaphyllum 0,0040 0,0041
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Exper. 2 - Decomposição de detritos foliares no córrego Indaiá.
ANCOVA, p < 0,001
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (dias)
Peso R
em
anescen
te (
%)
4 05 06 07 0
8 09 0
1 0 0
-8 0 2 0 1 2 0
T e m p o (d ia s)
M. guyanensis Ocotea sp. M. chartacea
P. brasiliense P. heptaphyllum Mistura de espécies
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Densidade total de invertebrados:
Os valores de densidade total foram diferentes entre os tipos de detrito e os tempos de incubação (ANOVA, p < 0,001).
0
30
60
90
120
150
180
210
7 15 30 60 90 120
Tempo (dias)
Densi
dade (
ind/g
PS
RF)
M. guyanensis Ocotea M. chartacea
P. brasiliense P. heptaphyllum Mistura de espécies
03 06 09 0
1 2
0
1 5
0
1 8
0
2 1
0
M. guyanensis Ocotea sp. M. chartacea P. brasiliense P. heptaphyllum Mistura de espécies
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Riqueza taxonômica de invertebrados:
0
2
4
6
8
10
12
7 15 30 60 90 120
Tempo (dias)
Riq
ueza
Taxonôm
ica
M. guyanensis Ocotea M. chartacea
P. brasiliense P. heptaphyllum Mistura de espécies
03 06 09 0
1 2
0
1 5
0
1 8
0
2 1
0
M. guyanensis Ocotea sp. M. chartacea P. brasiliense P. heptaphyllum Mistura de espécies
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Abundância Relativa:Taxon GTF Mg Oc Mc Pb Ph Mist.
EPHEMEROPTERA Leptophlebiidae Co-Ca/Rsp 8.81 13.44 12.36 12.01 9.01 18.48 Baetidae Co-Ca/Rsp 0.68 0.54 2.15 2.32 0.84 1.81 Tricorythidae Co-Ca - 1.62 0.54 1.55 0.28 1.45ODONATA Coenagrionidae Pr 0.34 0.54 0.54 0.77 0.56 0.36PLECOPTERA Perlidae Pr - - - 0.38 - -
HETEROPTERA Naucoridae Pr 0.68 0.54 - - 0.84 - Notonectidae Pr - - - - - 0.36COLEOPTERA Elmidae Co-Ca/Rsp 0.34 0.54 1.07 0.38 1.13 0.36 Hydroscaphidae Rsp - 0.54 - - - - Hydrophilidae Co-Ca/Pr - 0.54 - - 1.13 - Psephenidae Rsp 0.34 - - - 0.28 - Gyrinidae Pr - - - - 0.84 - Dryopidae Co-Ca/Rsp/Frg - - - - 0.28 -TRICHOPTERA Leptoceridae Co-Ca/Frg/Pr 23.05 11.83 18.82 27.91 22.25 8.69 Calamoceratidae Phylloicus Frg - 1.08 0.54 - 0.28 1.08 Polycentropodidae Polycentropus Co-Fil/Pr 1.02 1.08 - 1.94 1.68 3.26 Helicopsychidae Rsp - - 1.62 0.38 - 1.44 Hydropsychidae Co-Fil/Pr - - - - - 0.36DIPTERA Chironomidae 64.41 67.74 62.36 51.94 60.28 61.96 Culicidae Co-Ca/Co-Fil 0.34 - - - - -COLLEMBOLA Co-Ca - - - 0.38 - 0.36
ACARINA Hydracarina Pr - - - - 0.28 -
Número total de taxa 10 12 9 11 15 13Número total de organismos 295 186 186 258 355 276
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• Composição em Grupos Tróficos Funcionais:
Tempo (dias)
Abundânci
a R
ela
tiva
0 %
2 0 0 %
Coletores - Catadores Coletores - Filtradores Fragmentadores Predadores Raspadores
M. guyanensis
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
*
100
80
60
40
20
0
Ocotea sp.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
*
100
80
60
40
20
0
M. chartacea
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
100
80
60
40
20
0
Mistura de Espécies
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
100
80
60
40
20
0
P. heptaphyllum
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
100
80
60
40
20
0
P. brasiliense
0%
20%
40%
60%
80%
100%
7 15 30 60 90 120
100
80
60
40
20
0
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
Quais os próximos passos?
Taxas de decomposição
Hifomicetos aquáticos
Invertebrados associados
Concentração de nutrientes e dureza dos detritos
Influência dos decompositores no processo de decomposição de detritos foliares no córrego Garcia.
Preferência alimentar
Sobrevivência
Taxa de crescimento
Parte 1 - Experimento no campo
Parte 2 - Experimentos no laboratório
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
História dos Estudos de Decomposição em Ambientes Lóticos
Stuart G. Fisher Gene E. Likens
• 1973 - Fisher & Likens. Energy Flow in Bear Brook, New Hampshire: An Integrative Approach to Stream Ecosystem Metabolism. Ecological Monographs.
• 1986 - Webster & Benfield. Vascular Plant Breakdown in Freshwater Ecosustems. Ann. Rev. Ecol. Syst.
• 1991 - Boulton & Bonn. A review of methodology used to measure leaf litter decomposition in lotic environments: time to turn over an old leaf. Aust. J. Mar. Fresh. Res.
• 2001 - Abelho. From Litterfall to Breakdown in Streams: A Review. The Scientific World.
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
• 2005 - Graça, Bärlocher & Gessner. Methods to study to Study Litter Decomposition. Springer.
Manuel Graça
Felix Bärlocher
Mark Gessner
Decomposição de Matéria Orgânica Alóctone em Riachos
International Meeting on Plant Litter Processing in Freshwaters - PLPF
• 1997 - Bilbao, Espanha.
• 1999 - Lunz, Áustria.
• 2002 - Szentendre, Hungria.
• 2005 - Toulouse, França.
• 2008 - Coimbra, Portugal.
Toulouse, 2005.