programa de pÓs-graduaÇÃo em ecologia · fósforo como fator limitante ao crescimento mais...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE BIOCIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA
REGULAÇÃO DO METABOLISMO BACTERIANO EM DOIS
RESERVATÓRIOS OLIGO-MESOTRÓFICOS DO SEMIÁRIDO TROPICAL
Iagê Terra
Orientador: Prof. Dr. André Megali Amado
Coorientador: Prof. Dr. Hugo Sarmento
Natal, RN
Agosto de 2015
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE BIOCIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA
Iagê Terra
REGULAÇÃO DO METABOLISMO BACTERIANO EM DOIS
RESERVATÓRIOS OLIGO-MESOTRÓFICOS DO SEMIÁRIDO TROPICAL
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-Graduação em Ecologia da
Universidade Federal do Rio Grande
do Norte (PGECO/UFRN), como parte
dos requisitos necessários para
obtenção do título de Mestre.
Área de concentração: Ecologia Aquática
Orientador: Prof. Dr. André Megali Amado
Coorientador: Prof. Dr. Hugo Sarmento
Natal, RN
Agosto de 2015
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Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Setorial do Centro de Biociências
Oliveira, Iagê Terra Guedes de.
Regulação do metabolismo bacteriano em dois reservatórios oligo-mesotróficos do semiárido tropical /
Iagê Terra Guedes de Oliveira. – Natal, RN, 2015.
42 f.: il.
Orientador: Prof. Dr. André Megali Amado.
Coorientador: Prof. Dr. Hugo Sarmento.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Biociências.
Programa de Pós Graduação em Ecologia.
1. Respiração bacteriana. – Dissertação. 2. Ciclagem de carbonos. – Dissertação. 3. Trópicos. –
Dissertação. I. Amado, André Megali. II. Sarmento, Hugo. III. Universidade Federal do Rio Grande do
Norte. IV. Título.
RN/UF/BSE-CB CDU 574
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5
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que de alguma forma participaram deste trabalho e que me ajudaram a
chegar apto para concluir mais essa etapa da vida.
Agradeço a Família e amigos que sempre estiveram juntos comigo me dando apoio e me
aguentando durante esse longo período.
A minha mãe, que é a minha fonte de inspiração não só acadêmica, mas na vida.
Ao meu irmão, que sempre esteve do meu lado falando de coisas sérias e leseiras
principalmente.
A meu pai, que sempre me apoiou e me deu auxílio no que eu precisava.
A minha noiva Radmila que meu todo apoio necessário e me ajudou bastante nos
momentos bons e ruins, me incentivando e me acompanhando como ninguém e com
compreensão incrível de mim mesmo e de nosso relacionamento. Meu amor, esse título
é nosso!!!!
Ao Prof. Dr. André Megali, por todo seu incentivo para que essa etapa fosse possível e
pelo acompanhamento desde a graduação até aqui. Agradeço pela enorme paciência,
disponibilidade e pela relação de confiança construída nesse longo período de trabalho
juntos.
Ao Prof. Dr. Hugo Sarmento, por todo apoio nas diferentes etapas desse trabalho, sempre
com sinceridade me ajudando bastante.
Ao Prof. Dr. Gustavo Henrique, por ter permitido minha participação no projeto que deu
origem a essa dissertação e por toda ajuda dada durante as coletas e por aceitar participar
de minha banca de defesa e pelas contribuições.
Ao Prof. Dr. Haig They por aceitar participar de minha banca de defesa e pelas
contribuições.
Ao Alunos de doutorado Rodrigo Sávio e Yuri Andrade, pelo grande apoio nas
campanhas de coleta e os demais alunos do LIMNOAQUA da UFERSA que participaram
de alguma forma e ao químico Luís Carlos.
A FAPERN pelo financiamento do projeto de pesquisa em que meu trabalho está inserido.
A UFERSA e UFRN pela estrutura cedido para realização do trabalho.
Ao Bruno Wanderley, que sempre nos auxilia de maneira incrível no Lab. Limno.
A todo o pessoal do Lab. Limno por fazer parte dessa estória.
Ao Anízio boy doido, que nunca negou ajuda nenhuma e sempre foi um amigo e
companheiro danado.
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A Fabíola Catombé, que sempre me auxiliou tirando dúvidas e conversando muitas e
muitas vezes quase que numa sessão terapêutica (=D).
A Gabizão, com sua alegria contagiante não deixando ninguém desanimar nunca.
A Rafael Melo, pelas grandes conversas e conselhos. Se sabedoria tivesse como medir,
com certeza a medida seria a quantidade de cabelos brancos, porque você os tem de
sobra!!!
A Carol Lira e Juliana Capistrano, pela amizade de vocês e por entenderem esse momento
e me ajudarem bastante a passar pelas situações difíceis, não só agora, mas desde que nos
conhecemos.
As meninas da Sauna 202 em Caicó, por me aceitarem alguns vários dias no apartamento
de vocês para que essa dissertação saísse.
Enfim, a todos que participaram de alguma forma e contribuíram para que esse momento
fosse realizado.
"O senso comum é demasiado comum para ser senso."
José Saramago
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RESUMO
As bactérias são organismos-chave no metabolismo do carbono nos ecossistemas
aquáticos continentais pois atuam como mineralizadoras da matéria orgânica,
redisponibilizando energia para outros níveis tróficos e liberando carbono em diversas
formas. Portanto, o seu papel na ciclagem do carbono varia de acordo com as condições
ambientais que regulam essas atividades metabólicas como disponibilidade de nutrientes,
temperatura, entre outros. O objetivo geral deste trabalho é de avaliar o comportamento
espaço-temporal do metabolismo bacteriano em dois reservatórios do semiárido tropical,
avaliando os seus fatores reguladores. Foram coletadas trimestralmente amostras de água
em dois reservatórios do semiárido brasileiro, entre fevereiro de 2013 e novembro de
2014 dos quais foram analisados parâmetros físico-químicos e bacterianos (respiração e
produção bacteriana, eficiência de crescimento bacteriano e densidade bacteriana). Ainda,
foi realizado um experimento com adição de nutrientes (carbono, nitrogênio e fósforo)
para avaliar o efeito de limitação sobre o metabolismo bacteriano. Os principais
resultados mostraram que o metabolismo bacteriano na região semiárida tropical possui
uma alta variabilidade e sua regulação se dá por diversas variáveis ambientais com baixo
poder de explicação. A densidade bacteriana foi o principal parâmetro que apresentou
relação com o metabolismo bacteriano (respiração e produção de biomassa bacteriana).
No experimento laboratorial, quando houve estímulo ao crescimento, observou-se o
fósforo como fator limitante ao crescimento mais frequente e, secundariamente o
carbono, que afetou principalmente a respiração. Os baixos poderes de explicação das
regressões lineares e o grande número de variáveis significativamente relacionadas com
os processos metabólicos evidenciam a ausência de um fator controlador do metabolismo
bacteriano, como temperatura, e que a regulação do metabolismo bacteriano por diversos
fatores locais, com maior recorrência do oxigênio dissolvido e clorofila a (indicativos de
produtividade primária). Em suma, evidenciou-se que o metabolismo bacteriano na região
semiárida tropical tem baixa previsibilidade devido a regulação ocorrer de forma difusa
por fatores locais.
8
INTRODUÇÃO
Os ecossistemas aquáticos continentais têm um papel central no ciclo global de
carbono, uma vez que recebem cerca de 2,9 Pg C ano-1 advindo dos ecossistemas
terrestres, processando e/ou estocando até 2,7 Pg C ano-1 (Tranvik et al. 2009). Desses,
até 2,1 Pg C ano-1 são mineralizados nestes ecossistemas (inclusive na coluna d’água) em
grande parte pelas bactérias planctônicas (Kritzberg et al. 2005a; Cole et al. 2007;
Raymond et al. 2013). Por isso, o entendimento do metabolismo bacteriano é fundamental
para a compreensão do papel dos ambientes aquáticos continentais na ciclagem global do
carbono.
As bactérias são os organismos mais abundantes nos ecossistemas aquáticos
(Cotner & Biddanda 2002) e participam ativamente na reciclagem de nutrientes (e.g.
nitrogênio, fósforo e carbono), subsidiando os processos de produção primária. Ainda,
participam na base da cadeia trófica através da teia trófica microbiana (Azam et al. 1983;
Weisse 2003), sendo portanto organismos chave para o funcionamento ecossistêmico. O
metabolismo bacteriano (MB) é comumente mensurado através de estimativas das taxas
metabólicas de respiração (RB) e produção bacterianas (PB). No processo metabólico, as
bactérias heterotróficas assimilam moléculas de carbono orgânico dissolvido (COD)
aproveitando parte desse material para incorporação em sua biomassa (produção
secundária bacteriana, PB; para revisão ver (del Giorgio & Cole 1998). Outra parte do
carbono é mineralizado para a obtenção de energia, apresentando a formação de dióxido
de carbono (CO2) como subproduto (processo de respiração bacteriana, RB).
A PB e RB podem ser regulados por diversos fatores, desde características físicas
dos ecossistemas até quantidade de nutrientes e interações ecológicas (Faithfull et al.
2011).
A temperatura ambiental é um dos fatores regulatórios mais importantes do
metabolismo bacteriano, pois sua variação latitudinal e temporal nas mais altas latitudes
regula fortemente os processos em escala global (Vidussi et al. 2011). Quanto maior a
temperatura, mais intensos os processos metabólicos (e.g. RB e PB) e menor a eficiência
energética celular, uma vez que aumenta desproporcionalmente a respiração celular
(Apple et al. 2006).
O pH tanto pode ser uma característica intrínseca do ecossistema (alcalino ou
ácido), bem como ser resultado de outros processos, tais como a entrada de MOD alóctone
(diminuindo o pH) ou aumento da MOD autóctone através da produção primária
9
(aumentando o pH). A forma e intensidade pela qual o pH irá influenciar as bactérias irá
variar de acordo com cada organismo, que têm seus limites e faixas ótimas de pH. Quando
há redução do pH, há o favorecimento do metabolismo, por tornar o carbono mais
biodisponível e também por melhorar as condições para desenvolvimento bacteriano.
Quando há aumento no pH, há interferência negativa sobre o metabolismo, uma vez que
as bactérias gastam mais energia na manutenção celular do que incorporação de biomassa
(Tank et al. 2009).
Nutrientes como carbono, fósforo e nitrogênio atuam como importante fator
regulador dos processos metabólicos. O carbono é uma importante fonte para a
respiração, dependendo da quantidade e qualidade pode estimular esse processo em
diferentes níveis. O nitrogênio e fósforo são importantes para a produção que é através
deles que as bactérias conseguem manter sua atividade enzimática e a manutenção celular
necessários para os serviços celulares essenciais. Assim, a presença dos macronutrientes
carbono, nitrogênio e fósforo e, principalmente, a estequiometria entre eles são
determinantes para o metabolismo bacteriano (Smith & Prairie 2004; Hall & Cotner 2007;
Farjalla et al. 2009a; del Giorgio & Newell 2012).
Usualmente, os nutrientes não têm uma ação exclusiva sobre o metabolismo
bacteriano, dada a sua importância não só para as bactérias como para os demais
microrganismos planctônicos. Quando há aumento de nutrientes no meio, há também
aumento da produtividade do ecossistema fazendo com que as interações ecológicas
passem também a atuar sobre a RB e PB. Com o aumento da produtividade do
ecossistema, há uma diminuição da importância relativa das bactérias na respiração total
do planctôn (Cotner & Biddanda 2002). Assim, em ambientes oligotróficos, grande parte
da respiração planctônica é composto pela RB porque nesses ambientes a maioria da
matéria orgânica se apresenta na forma dissolvida que favorece as bactérias dando assim
um maior subsídio para cadeia microbiana. Em ambientes eutróficos as bactérias
representam uma porção relativamente menor do metabolismo do plâncton total, pois a
matéria orgânica predominante é a particulada favorecendo algas e heterotróficos
fagotróficos e subsidiando seu maior crescimento (Biddanda et al. 2001; Cotner &
Biddanda 2002).
Outro fator atrelado aos nutrientes no ecossistema, diz respeito a qualidade e
origem da matéria orgânica. Quando a MO apresenta baixa razão CNP e uma composição
molecular menos complexa, tem por consequência, uma qualidade melhor, tendo em vista
que as células teriam menos gasto energético em sua degradação, fazendo com a RB seja
10
mais eficiente. Já quando a MO apresenta alta razão CNP e moléculas mais complexas,
ou seja, de qualidade pior, torna a sua degradação mais difícil e a RB menos eficiente
(Kritzberg et al. 2004; Lennon & Pfaff 2005).
Alguns fatores regulatórios do MB têm sua origem nas interações ecológicas das
bactérias ao longo da cadeia trófica. Uma importante interação ecológica ocorre entre as
bactérias e os produtores primários, com relação mutualística. Os produtores primários
fornecem carbono orgânico dissolvido (COD) para a RB e as bactérias auxiliam o
fitoplâncton através da liberação de CO2 e nutrientes dissolvidos no ambiente, o que
estimula a fotossíntese (Danger et al. 2007; Carrillo et al. 2014). Porém, estudos recentes
tem questionado essa relação mutualística, expondo que em muitos ecossistemas com
baixa produtividade as bactérias podem representar a base da cadeia e assim um
importante meio de transferência energética na cadeia trófica, fazendo com que muitas
vezes essa relação com os produtores primários não seja consequência uma da outra, mas
sim apenas uma co-variação (Kritzberg et al. 2004; Fouilland & Mostajir 2010).
Outra interação ecológica ocorre entre as bactérias e os vírus. Tal relação pode ter
saldo negativo as bactérias, tornando-as bastante ineficientes por ter um gasto energético
acentuado para manutenção celular diante de uma infecção, ocorrendo muitas vezes a lise
celular (Pollard & Ducklow 2011), porém em muitos casos o aumento na número de vírus
está relacionado ao aumento do número de bactérias, ou seja, nestes casos não apresenta
saldo negativo (Almeida et al. 2015). Mecanismo top-down como a predação também
afetam as taxas de RB e PB de forma indireta, uma vez que diminuem as populações
bacterianas (Tank et al. 2009; Chiang et al. 2014).
As regiões semiáridas tropicais possuem características intrínsecas, como
temperaturas altas e constante, baixa precipitação ao longo do ano com concentração em
até quatro meses. Com isso, a forma de atuação desses fatores regulatórios nessa região
deve se diferenciar das regiões temperadas devido a seu padrão ambiental, levando a
ocorrência de baixa previsibilidade do metabolismo bacteriano no tempo e no espaço,
tornando difícil a descrição de um padrão geral.
Diante do acima exposto, o objetivo geral deste trabalho é de avaliar a variação
espaço-temporal do metabolismo bacteriano em dois reservatórios do semiárido tropical,
buscando entender quais os seus mecanismos de regulação. Os objetivos específicos são:
1- Avaliar quais as variáveis físico-químicas afetam as variáveis
relacionadas ao metabolismo bacteriano (respiração, produção e
11
densidade bacteriana, eficiência de crescimento bacteriano e demanda
bacteriana de carbono) em dois reservatórios do semiárido tropical;
2- Avaliar o efeito da espacialização e da sazonalidade sobre a respiração,
produção e densidade bacteriana, eficiência de crescimento bacteriano
e demanda bacteriana de carbono nos reservatórios estudados.
3- Avaliar os efeitos de adição de nutrientes (C, N e P) sobre o
metabolismo bacteriano, testando a limitação pelos mesmos.
12
METODOLOGIA
Área de estudo
Neste estudo serão estudados os reservatórios Santa Cruz e Umari. O reservatório
Santa Cruz localiza-se no município de Apodi e possui capacidade de armazenamento de
599.712.000 m³. O reservatório Umari fica localizado no município de Upanema e seu
volume máximo de armazenamento é 292.813.650 m³. Ambos foram construídos em
2002, Santa Cruz barrando o Rio Apodi e Umari o Rio do Carmo que fazem parte da
bacia do Apodi/Mossoró (Figura 1), região Agreste potiguar (SEMARH, 2013). O
Agreste potiguar fica inserido no bioma Caatinga, apresentando clima semi-árido, com
estação chuvosa durando até 4 meses ao ano com baixa pluviosidade e grande
variabilidade interanual.
Figura 1: Localização da área de estudo com destaque para os pontos de amostragem
no reservatório Santa Cruz (à esquerda) e no reservatório Umari (à direita).
Nos reservatórios há usos múltiplos da água, porém as atividades ainda são de
baixa intensidade devido à idade dos açudes. Por isso atualmente ainda apresentam águas
com alta transparência. A atividade de cultivo de tilápia vem ganhando força nos últimos
anos, principalmente em Umari, e vem sendo colocada como uma atividade de importante
13
fonte de renda para particulares cooperativistas e não cooperativistas. Numa fase inicial
o cultivo de tilápia em tanques-rede é feito em pontos não muito distantes da barragem e
tem sido regulamentado pelo órgão ambiental estadual (IDEMA), de modo que em Umari
até o início do quarto trimestre de 2013 haviam sido instalados 100 tanques-redes e 120
em Santa Cruz, sendo neste último a quantidade máxima permitida pelo IDEMA (Moura
2013).
Coleta de dados
O estudo foi realizado durante dois anos, entre os anos de 2013 e 2014. Foram
realizadas 8 campanhas de campo trimestrais, iniciando em fevereiro de 2013 e
finalizando em novembro de 2014. Em cada campanha foram coletadas amostras em seis
pontos em cada reservatório, começando do ponto mais próximo à barragem (SC1/UM1)
até o ponto mais próximo dos rios tributários (SC6/UM6).
Em campo foi determinado pH, temperatura, oxigênio dissolvido (OD), sólidos
totais dissolvidos (STD), condutividade elétrica e turbidez através de sonda
multiparâmetro Horiba U-50®. Amostras de água foram coletadas de forma integrada
com auxílio da garrafa de Van Dorn na superfície, meio e fundo de cada ponto de coleta.
Depois foram mantidas no escuro sobre refrigeração durante 3 horas em garrafas de
polipropileno de dois litros até a chegada em laboratório. Em laboratório a partir das
amostras coletadas foram determinadas as concentrações de carbono orgânico total
(COT), inorgânico total (CIT) e o carbono total (CT) através do Analisador de carbono
TOC Shimadzu – 5000, fósforo total (PT), ortofosfato e nitrogênio total (NT) (Valderrama
1981) e clorofila a utilizando filtros de fibra de vidro (GF/C Whatman, porosidade média
de 1,2 μm) com extração com etanol 95% (Jespersen & Christoffersen 1987). Com a
parte filtrada da amostrada foram determinados nitrato, nitrito e amônia (Muller &
Widermann 1955).
Em laboratório, as amostras de todos os pontos amostrais foram filtradas em
filtros de fibra de vidro (GF/C Whatman, porosidade média de 1,2 μm), considerando a
parte não filtrada como toda a comunidade planctônica e a parte filtrada como a
comunidade bacteriana. Para determinação das taxas de Respiração Planctônica (RP) e
Respiração Bacteriana (RB), as amostras totais (RP) e filtradas (RB) foram incubadas no
escuro em frascos exetainers® de 5,9mL, com cinco frascos para cada tipo. No início e
após 24 horas de incubação, foram medidas as concentrações de oxigênio dissolvido
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através de um microsensor de ouro, acoplado a picoamperimetro (Unisense). As taxas
de respiração foram estimadas pelo consumo de oxigênio dissolvido ocorrido durante a
incubação (Briand & Pringault 2004). Foi adotado coeficiente de respiração (QR) de 1 :1.
As unidades foram convertidas para µg C L/h.
A produção bacteriana (PB) foi obtida através do método de incorporação de
Leucina (Smith & Azam 1992) e a densidade bacteriana (DB) por citometria de fluxo
(Gasol & Delgiorgio 2000; Sarmento et al. 2008). A partir dos dados de RB e PB com
densidade bacteriana foi calculada a taxa de respiração bacteriana específica (RBE) e
produção bacteriana específica (PBE). Também foi calculado a Demanda Bacteriana de
Carbono (DBC) somando-se a RB e PB. A Eficiência de Crescimento Bacteriano (ECB)
foi calculada a partir da fórmula abaixo que relaciona a produção e respiração bacteriana
(del Giorgio & Cole 1998).
𝐸𝐶𝐵 =𝑃𝐵
(𝑃𝐵 + 𝑅𝐵)
Experimento com adição de nutrientes
A fim de estudar o efeito do enriquecimento por nutrientes para o metabolismo
bacteriano (produção, respiração, DBC e RBE) e a ocorrência de limitação por nutrientes
no metabolismo bacteriano foi realizado um experimento em laboratório com
manipulação de carbono, nitrogênio e fósforo com amostra coletadas em junho de 2014
de três pontos dos reservatórios estudados. Os pontos amostrados nesse experimento
foram os pontos SC1 e UM1, que são pontos próximos dos tanques de tilapicultura, e
UM5, ponto na região central do reservatório Umari. . Foram feitas 5 réplicas para cada
ponto de coleta e cada tratamento, utilizando a amostra bruta. Os tratamentos
utilizados foram estão descritos na tabela 1.
15
Tabela 1: Descrição dos tratamentos utilizados no experimento de limitação por nutrientes.
Tratamento Descrição
K Sem adição de nutrientes
C Adição de carbono
N Adição de nitrogênio
P Adição de fósforo
CN Adição de carbono e nitrogênio
CP Adição de carbono e fósforo
NP Adição de nitrogênio e fósforo
CNP Adição de carbono, nitrogênio e fósforo
A adição dos nutrientes para formar cada tratamento foi feita em laboratório e
utilizou glicose (C6H12O6) como a fonte de carbono com concentração final da solução
na amostra de 400 µM, o fosfato de potássio (KH2PO4) como fonte de fósforo com
concentração final da solução na amostra de 5 µM e nitrato de sódio (NaNO3) como fonte
de nitrogênio com concentração final da solução na amostra de 15 µM. As concentrações
utilizadas com base nos estudos de Farjalla e colaboradores (2002a, b). Logo após as
adições as amostras foram incubadas no escuro por um período de 24 horas em
temperatura ambiente (25°C ± 1). Antes e após a incubação foi medido o oxigênio
dissolvido e também retirada uma alíquota da amostra para determinação da densidade
bacteriana.
A respiração bacteriana foi estimada da mesma forma descrita acima (Briand &
Pringault 2004). A produção bacteriana foi estimada através da diferença da densidade
bacteriana entre o período inicial e o final do experimento, multiplicando pelo fator de
conversão de biomassa de 3,5E-08 µg C/L.
Análises dos dados
A fim de analisar se houve diferenças sazonais ou espaciais nas variáveis do
metabolismo bacteriano, foi realizada uma análise de variância, considerando os fatores
descrito na Tabela 2 para cada variável do metabolismo bacteriano, com teste a posteriori
de Tukey quando necessário. A fim de atender os pressupostos da análise, todos os dados
foram logaritimizados (log (x+1)), com exceção da razão RB/RP. A separação do período
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chuvoso e seco foi feita com base nos dados pluviométricos históricos e do período de
estudo (Figura 2).
fev/
13
mai
/13
ago/
13
nov/1
3
fev/
14
mai
/14
ago/
14
nov/1
4
0
50
100
150SC
SC_MH
UM
UM_MH
Chuvoso Seco Chuvoso Seco
Plu
vis
iod
idad
e (
mm
)
Figura 2: Separação da sazonalidade com base na pluviosidade nos dois reservatórios estudados. SC:
Reservatório Santa Cruz; SC_MH: Média histórica em Santa Cruz; UM: Reservatório Umari; UM_MH:
Média histórica em Umari.
Tabela 2: Descrição dos fatores utilizados na análise de contraste.
Fator Descrição
Reservatório (R) Verificação se existe diferença entre os reservatórios.
Sazonalidade (S) Verificação se houve efeito da sazonalidade (Seca/Chuva).
R × S Verificação se houve efeito interativo entre reservatórios e
a sazonalidade.
Pontos de Coleta (PC) Verificação se houve efeito dos pontos de coleta (aninhada
pelo reservatório).
S × Pontos de Coleta (PC) Verificação se houve efeito interativo entre os pontos de
coleta de um reservatório e a sazonalidade
A fim de descrever e relacionar o padrão do metabolismo bacteriano com as
variáveis ambientais foram realizadas regressões lineares múltiplas do tipo stepwise
backward. Os dados foram agrupados tomando como base os resultados da análise de
variância, ou seja, de acordo com as diferenças significativas encontradas. Considerando
as variáveis dependentes as variáveis do metabolismo bacteriano e as variáveis
17
ambientais como independentes. Todos os dados foram normalizados e/ou padronizados
para atender os pressupostos da análise.
Para comparação das médias dos tratamentos do experimento com adição de
nutrientes, foi feita uma análise não paramétrica de Kruska-Wallis, para cada parâmetro
do metabolismo bacteriano obtido (RP, PB, DBC e RBE), considerando cada ponto de
coleta em separado.
A classificação do estado trófico dos pontos amostrados foi feita com base nos
níveis de clorofila a (Thornton & Rast 1993).
18
RESULTADOS
Variáveis do metabolismo
As taxas de respiração planctônica (RP) variaram em duas ordens de magnitude,
entre 0,17 µg C/L*h e 80,16 µg C/L*h em Santa Cruz e entre 0,24 µg C/L*h e 73,77 µg
C/L*h em Umari (Figura 3). O menor e o maior valor ocorreram na estação chuvosa, bem
como a maior média (Tabela 3).
Figura 3: Variação espacial das taxas de respiração planctônica (RP) dos reservatórios estudados. A
esquerda os dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada
coluna está representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
A respiração bacteriana (RB) variou entre duas e três ordens de magnitude, entre
0,06 µg C/L*h até 74,58 µg C/L*h em Santa Cruz e de 0,12 µg C/L*h até 72,24 µg C/L*h
(Figura 4). A menor taxa foi observada na estação seca e a maior taxa e maior média
foram obtidas na estação chuvosa (Tabela 3).
Figura 4: Variação espacial das taxas de respiração bacteriana (RB) dos reservatórios estudados. A
esquerda os dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada
coluna está representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
20
40
60
80
100
RP
(µ
g C
/L*
h)
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
20
40
60
80
RP
(µ
g C
/L*
h)
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
20
40
60
80
RB
(µ
g C
/L*
h)
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
20
40
60
80
RB
(µ
g C
/L*
h)
19
A razão RB/RP apresentou valores médios próximo de 1,0, com os menores e
maiores valores ocorrendo no reservatório Santa Cruz (Figura 5). O menor valor e menor
média ocorreram na estação seca e o maior valor na estação chuvosa (Tabela 3).
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0.0
2.5
40
50
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
2
17
Figura 5: Variação espacial da razão RB/RP dos reservatórios estudados. A esquerda os dados do
Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada coluna está representado a
mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
A produção bacteriana (PB) variou de 0,006 µg C/L*h a 9,41 µg C/L*h no
reservatório Santa Cruz, e de 0,003 µg C/L*h a 1,42 µg C/L*h em Umari, porém com
valores médios abaixo de 0,6 µg C/L*h e 0,2 µg C/L*h, para Santa Cruz e Umari
respectivamente (Figura 6). A menor taxa, a maior taxa e taxa média mais baixa
ocorreram na estação seca (Tabela 3).
Figura 6: Variação espacial da razão produção bacteriana (PB) dos reservatórios estudados. A esquerda
os dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada coluna está
representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
50
100
150
200
250
PB
(µ
g C
/L*
d)
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
10
20
30
40
PB
(µ
g C
/L*
d)
20
A Demanda Bacteriana de Carbono (DBC) apresentou variação e média próximas
a da RB (Figura 7). O menor e o maior valor foi observado na estação chuvosa. O valor
médio foi menor na estação seca (Tabela 3).
Figura 7: Variação espacial da demanda bacteriana de carbono (DBC) dos reservatórios estudados. A
esquerda os dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada
coluna está representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
A eficiência de crescimento bacteriano (ECB) variou entre 0,04% e 78,8%, com
média abaixo de 6% e 3%, em Santa Cruz e Umari, respectivamente (Figura 8). O menor
número de bactérias foi observado na estação seca. A maior eficiência média e a máxima
eficiência foram observadas na estação seca, bem como a eficiência mínima O maior
valor e maior média foram observadas na estação chuvosa (Tabela 3).
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
10
20
4075
80
%
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
1010
20
30
40
50
%
Figura 8: Variação espacial da eficiência de crescimento bacteriano (ECB) dos reservatórios estudados.
A esquerda os dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada
coluna está representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
20
40
60
80
DB
C (
µg
C/L
*h
)
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
20
40
60
80
DB
C (
µg
C/L
*h
)
21
A Densidade Bacteriana (DB) apresentou grande variação nos dois reservatórios,
com o menor valor ocorrendo no reservatório Santa Cruz e o maior valor encontrado no
reservatório Umari (Figura 9). O maior valor e maior média foram observadas na estação
chuvosa (Tabela 3).
Figura 9: Variação espacial da densidade bacteriana (DB) dos reservatórios estudados. A esquerda os
dados do Reservatório Santa Cruz e a direita os dados do Reservatório Umari. Em cada coluna está
representado a mediana e os valores máximo e mínimo para cada ponto de coleta.
Tabela 3 - dados descritivos dos parâmetros metabólicos separados por estação climática no período
estudado. DP: Desvio Padrão; RP: Respiração Planctônica; RB: Respiração Bacteriana; PB: Produção
Bacteriana; DBC: Demanda Bacteriana de Carbono; DB: Densidade Bacteriana; ECB: Eficiência de
Crescimento Bacteriano.
Estação Parâmetro Mediana Média Mínimo Máximo DP
Chuvosa RP (µg C/L*h) 33,23 23,23 0,17 80,16 25,42
RB (µg C/L*h) 30,00 14,89 1,54 74,58 25,64
RB/RP 1,75 0,91 0,19 38,87 5,81
PB (µg C/d) 6,32 4,01 0,57 34,18 7,39
DBC (µg C/L*h) 27,76 14,94 0,02 74,63 25,89
DB (ind./mL) 1,01E+06 9,57E+05 3,80E+05 2,27E+06 3,99E+05
ECB 1,91% 1,02% 0,07% 14,71% 2,65%
Seca RP (µg C/L*h) 18,16 14,12 0,24 53,92 14,99
RB (µg C/L*h) 15,74 12,00 0,06 43,18 13,11
RB/RP 1,44 0,86 0,00 15,98 2,33
PB (µg C/d) 12,47 2,26 0,08 226,04 38,36
DBC (µg C/L*h) 16,25 12,19 0,24 48,79 13,62
DB (ind./mL) 8,07E+05 7,65E+05 2,63E+05 1,84E+06 3,20E+05
ECB 6,06% 1,26% 0,04% 78,80% 14,54%
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
SC6
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(cél/
mL
)
UM
1
UM
2
UM
3
UM
4
UM
5
UM
6
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
2.510 6
DB
(cél/
mL
)
22
Estado trófico dos reservatórios estudados
Os reservatórios estudados apresentaram grande variação nas concentrações de
clorofila a, variando entre 0,8 µg/L e 16,82 µg/L no reservatório Santa Cruz e entre 2,4
µg/L e 20,03 µg/L no reservatório Umari (Figura 10). Com base na clorofila a, considerando
todos os pontos amostrados, os reservatórios estudados se apresentaram
predominantemente como mesotróficos (46%) e oligotróficos (34%) ao longo do estudo.
No reservatório Santa Cruz foi registrado que em quase 30% das observações foram
classificadas como oligotróficos, em 15% como mesotrófico e menos de 10% como
eutrófico e hipereutrófico. Já no reservatório Umari foi registrado 5% das observações
como oligotrófico, 30% como mesotrófico e quase 15% como eutrófico e hipereutrófico
(Figura 11).
Figura 11 - Distribuição de frequência dos pontos amostrados nos reservatórios Santa Cruz e Umari em
relação ao estado trófico (n=96). A barra "Geral" indica a soma das demais barras, ou seja, dos dois
reservatórios. Classificação feita com base nas concentrações de Clorofila a (Thorton e Rast, 1993).
Análise espaço-temporal
Não foram encontradas diferenças significativas entre os pontos de coleta ou entre
os reservatórios para os parâmetros bacterianos. Entretanto, foram detectadas diferenças
sazonais para RP e RB, bem como efeito de interação entre variação sazonal e os
reservatórios também para PB (R X S, Tabela 5). A densidade bacteriana apresentou
efeito significativo da sazonalidade, dos reservatórios e da interação de ambos (Tabela
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipereutrófico
Freq
uên
cia
Estado Trófico
Santa Cruz
Umari
Geral
23
5). Já a razão RB/RP, ECB, RBE e PBE não apresentaram nenhum tipo de varação
espacial ou temporal (Tabela 5). As figuras abaixo mostram apenas os resultados
significativos.
Tabela 5 - relações encontradas na análise espaço-temporal para cada variável do metabolismo
bacteriano. Em vermelho, os resultados significativos. Discriminação dos fatores de acordo a tabela 2.
Resp. Planctônica Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,2531 1 0,2531 0,71 0,4
Sazonalidade (S) 1,8686 1 1,8686 5,27 0,02
R × S 0,4276 1 0,4276 1,21 0,28
Ponto de Coleta (PC) 2,2391 10 0,2239 0,63 0,78
S × Ponto de Coleta (PC) 0,5408 10 0,0541 0,15 1
Resp. Bacteriana Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,1611 1 0,1611 0,48 0,49
Sazonalidade (S) 2,2357 1 2,2357 6,66 0,01
R × S 0,0314 1 0,0314 0,09 0,76
Ponto de Coleta (PC) 1,4239 10 0,1424 0,42 0,93
S × Ponto de Coleta (PC) 1,3687 10 0,1369 0,41 0,94
RB/RP Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 5,525 1 5,5254 0,31 0,58
Sazonalidade (S) 1,23 1 1,2298 0,07 0,79
R × S 48,112 1 48,1119 2,71 0,1
Ponto de Coleta (PC) 160,081 10 16,0081 0,9 0,54
R × Ponto de Coleta (PC) 184,117 10 18,4117 1,04 0,42
Prod. Bacteriana Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,53188 1 0,53188 1,6 0,21
Sazonalidade (S) 0,91121 1 0,91121 2,73 0,1
R × S 2,78787 1 2,78787 8,36 0,01
Ponto de Coleta (PC) 3,65916 10 0,36592 1,1 0,38
S × Ponto de Coleta (PC) 1,94122 10 0,19412 0,58 0,82
Densidade Bacteriana Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,031 1 0,031 1,2 0,28
Sazonalidade (S) 0,247 1 0,247 9,7 0
R × S 0,251 1 0,251 9,8 0
Ponto de Coleta (PC)* 0,769 10 0,077 3 0
R × Ponto de Coleta (PC) 0,031 10 0,003 0,1 1
Eficiência de Crescimento
Bacteriano Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,3249 1 0,3249 0,49 0,48
Sazonalidade (S) 0,0324 1 0,0324 0,05 0,82
R × S 1,8723 1 1,8723 2,85 0,1
Ponto de Coleta (PC) 3,0856 10 0,3086 0,47 0,9
S × Ponto de Coleta (PC) 5,0132 10 0,5013 0,76 0,66
Resp. Bact. Específica Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,774 1 0,774 2,33 0,13
Sazonalidade (S) 0,188 1 0,188 0,57 0,45
R × S 1,309 1 1,309 3,94 0,05
Ponto de Coleta (PC) 1,908 10 0,191 0,57 0,83
S × Ponto de Coleta (PC) 2,049 10 0,205 0,62 0,79
Prod. Bact. Específica Fator Soma dos quadrados df Média dos quadrados F p
Reservatório (R) 0,359 1 0,359 0,92 0,34
Sazonalidade (S) 1,005 1 1,005 2,57 0,11
R × S 0,491 1 0,491 1,26 0,27
Ponto de Coleta (PC) 1,538 10 0,154 0,39 0,95
S × Ponto de Coleta (PC) 1,473 10 0,147 0,38 0,95
*Foi realizado o teste a posteriori de Tukey com os dados de DB no fator (PC), indicando
diferença significativa entre os pontos de coleta 1 e 2 e entre 2 e 6 do reservatório Santa Cruz.
24
As taxas de RP e RB foram significativamente maiores no período chuvoso em
relação ao período seco (Figura 12).
Chuva
Seca
0
20
40
60
RP
(u
g C
/L*
h)
Chuva
Seca
0
20
40
60
RB
(u
g C
/L*
h)
Figura 12 - Médias das taxas de respiração Planctônica (RP) e Bacteriana (RB) na estação chuvosa e seca
nos reservatórios estudados.
No reservatório Santa Cruz as taxas de PB não apresentaram diferenças
significativas entre as estações. Já no reservatório Umari houve diferença significativa
entre as estações, com ocorrência das maiores taxas no período chuvoso (Figura 13).
Chuva
Seca
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
log
PB
Chuva
Seca
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
log
PB
A B
Figura 13 - Médias das taxas de produção Bacteriana (PB) na estação chuvosa e seca nos reservatórios
estudados. Em A, as médias do reservatório Santa Cruz. Em B, as médias do reservatório Umari.
A DB apresentou variação significativa com a sazonalidade, mostrando-se mais
elevada no período chuvoso (Figura 14). A DB também apresentou interação entre os
reservatórios e a sazonalidade (RxS), constatando que DB foi semelhante entre as
estações seca e chuvosa em Santa Cruz (Figura 15A), mas a DB foi significativamente
maior (Tabela 5) no período seco que chuvoso no reservatório Umari (Figura 15B).
Ainda, quanto a DB, foi constatada heterogeneidade espacial no reservatório Santa Cruz,
sendo as médias do ponto 1 e do ponto 6 maiores do que do ponto 2 (Figura 15C e 15D).
25
Chuva
Seca
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(b
acté
ria
s/m
L)
Figura 14 - Médias das taxas de Densidade Bacteriana (DB) na estação chuvosa e seca. Dados dos dois
reservatórios.
Chuva
Seca
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(b
acté
ria
s/m
L)
Chuva
Seca
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(b
acté
ria
s/m
L)
SC1
SC2
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(b
acté
ria
s/m
L)
SC2
SC6
0
5.010 5
1.010 6
1.510 6
2.010 6
DB
(b
acté
ria
s/m
L)
SC UM
A
C
B
D
Figura 15 - Médias das taxas de Densidade Bacteriana (DB) na estação chuvosa e seca nos dois
reservatórios e em três pontos de coleta do reservatório Santa Cruz. A: Médias de DB para as estações em
Santa Cruz; B: Médias de DB para as estações em Umari; C: Médias de DB dos pontos 1 e 2 de Santa
Cruz; D: Médias de DB dos pontos 2 e 6 de Santa Cruz.
Resultados das Regressões Lineares Múltiplas
Os dados para as regressões múltiplas stepwise backward foram agrupados de
acordo com os resultados da análise espaço-temporal, já que através desta análise foi
obtido as diferenças significativas permitindo assim fazer relações com dados
semelhantes entre si. Também foram feitas regressões para o conjunto total dos dados
para cada variável do metabolismo bacteriano. Com os dados agrupados foram registradas
26
36 regressões significativas, sendo que entre essas, 15 apresentaram R2 ajustado superior
a 0,5. Com todos os dados foram registradas 10 regressões significativas com R² ajustado
menor que 0,3. As regressões obtidas com R2 ajustado superior a 0,5 e as regressões com
o conjunto total de dados estão descritas na Tabela 6.
27
Tabela 6 - Descrição dos resultados obtidos através das regressões lineares múltiplas do tipo
stepwise backward para as variáveis dependentes. Apenas são mostrados os resultados com R² ajustado
maior que 0,5. Os dados para esta análise foram separados de acordo com a análise espaço-temporal e em
dois períodos: 2013/2014 (que inclui todos os dados obtidos excetuando-se os dados de carbono) e 2014
(que inclui os dados obtidos no segundo ano de coleta o que inclui também todos os dados de carbono).
Variáveis com *, denota o comportamento inversamente proporcional em relação a variável dependente
testada. RP: Respiração Planctônica; RB: Respiração Bacteriana; PB: Produção Bacteriana; DBC:
Demanda Bacteriana de Carbono; DB: Densidade Bacteriana; OD: Oxigênio Dissolvido; Turb: Turbidez;
T: Temperatura; N/P: razão Nitrogênio Fósforo; C/P: razão Carbono Fósforo; Cl a: Clorofila a; PT:
Fósforo Total;
Variável
dependente Estação Reservatório
Ano
analisado
Variáveis
independentes F P
R²
ajustado
RP Seca Ambos 2013/2014 OD* | Turb 39,07 <0,001 0,61
RP Seca Ambos 2014 OD* | T 25,82 <0,001 0,76
RB Seca Ambos 2013/2014 OD* | Turb 23,6 <0,001 0,59
RB Seca Ambos 2013 OD* | T | N/P | C/P* 27,24 <0,001 0,82
PB Chuva Umari 2013/2014 OD* | Cl a 30,09 <0,001 0,71
PB Seca Santa Cruz 2013/2014 pH* | T | PT | Cl a* 14,1 0,002 0,82
PB Chuva Umari 2014 OD* | Cl a 15,63 0,001 0,72
DBC Seca Ambos 2013/2014 OD* | Turb | Cl a* 22,98 <0,001 0,58
DBC Seca Ambos 2014 OD* | T | Cl a* | N/P |
C/P* 25,84 <0,001 0,84
DB Seca Ambos 2014 pH | OD* | Turb* | PT | Cl
a | C/N* | C/P 12,59 <0,001 0,77
DB Seca Umari 2013/2014 OD* | T | Cl a 23,13 <0,001 0,74
DB Chuva Santa Cruz 2014 PT 17,77 0,002 0,60
DB Seca Santa Cruz 2014 Turb* | PT | Cl a | C/P 9,18 0,006 0,74
DB Chuva Umari 2014 OD* | T | N/P | C/P* 14,03 0,002 0,82
DB Seca Umari 2014 pH* | T | N/P 30,31 <0,001 0,88
DB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2013/2014 OD* | T | Cl a 10,863 <0,001 0,23
DB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2014 OD* | PT 12,108 <0,001 0,32
DBC Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2013/2014 OD* | T* 5,104 0,008 0,08
DBC Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2014 Turb* | N/P 4,595 0,015 0,13
PB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2013/2014 pH* | T | PT 8,969 <0,001 0,20
PB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2014 T 21,65 <0,001 0,30
RB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2013/2014 OD* | T* 5,373 0,006 0,08
RB Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2014 T 5,45 0,024 0,08
RP Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2013/2014 OD* | T* 8,381 <0,001 0,13
RP Seca/Chuva Santa
Cruz/Umari 2014
OD* | T* | Cl a | C/N* | C/P*
4,1 0,004 0,24
28
A temperatura, clorofila a e OD foram os parâmetros que mais apresentaram
relações significativas com as variáveis do metabolismo bacteriano. Em destaque, a
temperatura apresentou-se maior número de vezes (18) nas regressões significativas, mas
somente em 6 delas o R2 ajustado foi superior a 0,5. Por sua vez, o OD e clorofila a se
apresentaram em regressões com R2 ajustado superior a 0,5 em 12 e 8 modelos
respectivamente. As demais variáveis aparecem em 5 ou menos modelos (Figura 16).
Das 10 regressões obtidas com o conjunto de todos os dados, 5 modelos
apresentaram R² ajustado entre 0,2 e 0,32. As demais apresentaram R² ajustado menor
que 0,13. A temperatura e OD foram as variáveis independentes que com maior
recorrência, obtendo relações em 9 das 10 regressões obtidas (Figura 16).
Figura 16 - distribuição de frequência das variáveis independentes nos modelos reduzidos produzidos
pela Regressão Linear Múltipla do tipo stepwise backward. Barras pretas mostram a frequência
considerando todos os modelos, barras de cinza claro mostram a frequência considerando os modelos com
maior poder de explicação (R² ajustado > 0,5) e barras de cinza escuro mostram a frequência
considerando os modelos com o conjunto total dos dados.
0
5
10
15
20
25
Freq
uên
cia
Geral
R² ajustado >0,5
Dados totais
29
Experimento de limitação de nutrientes
Respiração Bacteriana
Considerando o ponto de coleta 1 de Santa Cruz, a adição isolada de N e
combinada de N e P não resultou em alterações nas taxas de RB em relação o tratamento
controle. Entretanto, no tratamento com a adição isolada de P e C a RB foi
significativamente maior que o controle (p<0,05). Ainda, nos tratamentos com adição de
carbono combinada com os outros nutrientes (CN, CP e CNP) a RB foi superior ao
controle e ao tratamento com adição isolada de P e C (Figura 17A). No ponto de coleta 1
de Umari, a adição isolada de C e N não resultou em alteração da RB em relação ao
controle, bem como a adição combinada de N e P (NP) e também C e N (CN). Entretanto,
RB foi significativamente maior com a adição de P em relação ao controle (p<0,05),
enquanto que no tratamento com a adição isolada de C e adição combinada de C e N (CN)
a RB apresentou-se semelhante ao controle e ao tratamento com adição isolada de P. Os
tratamentos CP e CNP apresentaram RB superior a todos os demais tratamentos (Figura
17B). No ponto de coleta 5 de Umari, observou-se estímulo significativo nas taxas de RB
somente nos tratamentos CP e CNP em relação ao controle (p<0,05). Mesmo assim, tais
estímulos ocorrem em magnitudes diferentes de forma que a RB em CP e CNP são
significativamente diferentes entre si (Figura 17C).
30
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
abab
a
ab
b
c c
a
RB
(µ
g C
/L*
h)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
a a a a a b ac c
RB
(µ
g C
/L*
h)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
a
c
abb
ab
d dd
RB
(µ
g C
/L*
h)
A B
C
Figura 17 - Médias das taxas de Respiração Bacteriana (RB) encontradas no experimento em laboratório
referentes aos diversos tratamentos utilizados, sendo K o tratamento controle (sem adição de nutrientes),
C com adição de carbono, N com adição de nitrogênio, P com adição de fósforo, CP com adição de
carbono e fósforo, CN com adição de carbono e nitrogênio, NP com adição de nitrogênio e fósforo e CNP
com adição de carbono, nitrogênio e fósforo. Em cada coluna está representado a mediana (barra
horizontal) e os valores obtidos de cada réplica do experimento (quadrados pretos e brancos). Letras
iguais denotam que não há diferença significativa entre as médias dos tratamentos. A: Dados
experimentais obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Santa Cruz, n=40. B: Dados experimentais
obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Umari, n=40. C: Dados experimentais obtidos com amostra
do Ponto de coleta 5 de Umari, n=40.
Produção Bacteriana
Em Santa Cruz 1, a PB foi significativamente maior nos tratamentos com adição
isolada de P e N em relação ao tratamento controle, apresentado taxas semelhantes entre
si. No tratamento NP as taxas de PB foram intermediárias aos tratamentos de adição de
N e P isolados e o controle. Por outro lado, nos tratamentos CP, CN e CNP a taxas de PB
foram superiores aos demais, sendo as maiores taxas de produção encontradas em CP e
CNP (Figura 18A).
Em Umari 1, não houve um estimulo a PB no tratamento N em relação ao controle.
Já no tratamento P a PB foi significativamente superior ao controle (p<0,05), enquanto
que no tratamento C as taxas de PB foram intermediárias ao tratamento P e controle
(Figura 18B). O tratamento NP apresentou as maiores taxas de PB em relação aos demais
31
tratamentos (p<0,05), enquanto que os demais tratamentos com adições combinadas (CP,
CN e CNP) apresentaram taxas intermediárias ao tratamento NP e o controle. Em Umari
5, não houve estímulo a PB entre os tratamentos com adição isolada de nutrientes e o
controle, mas nos tratamentos com adições combinadas houve a tendência de aumento da
PB, com destaque para o tratamento CNP (Figura 18C).
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
2
4
6
a a
abb b
c
cd
d
PB
(µ
g C
/L*
h)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
2
4
6
a
ab
a
abbbd
bcdc
PB
(µ
g C
/L*
h)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
2
4
6
ab a a a ab ab ab b
PB
(µ
g C
/L*
h)
A B
C
Figura 18 - Médias das taxas de Produção Bacteriana (PB) encontradas no experimento em laboratório
referentes aos diversos tratamentos utilizados, sendo K o tratamento controle (sem adição de nutrientes),
C com adição de carbono, N com adição de nitrogênio, P com adição de fósforo, CP com adição de
carbono e fósforo, CN com adição de carbono e nitrogênio, NP com adição de nitrogênio e fósforo e CNP
com adição de carbono, nitrogênio e fósforo. Em cada coluna está representado a mediana (barra
horizontal) e os valores obtidos de cada réplica do experimento (quadrados pretos e brancos). Letras
iguais denotam que não há diferença significativa entre as médias dos tratamentos. A: Dados
experimentais obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Santa Cruz, n=40. B: Dados experimentais
obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Umari, n=40. C: Dados experimentais obtidos com amostra
do Ponto de coleta 5 de Umari, n=40.
Demanda Bacteriana de Carbono
Uma vez que as taxas de respiração bacteriana estão numa magnitude bem maior
que as taxas de PB, a Demanda Bacteriana de Carbono nesse experimento segue padrão
similar dos resultados encontrados para a respiração bacteriana. Em Santa Cruz 1, há um
aumento significativo na DBC nos tratamentos com adição de carbono isoladamente ou
combinado com os demais nutrientes (C, CP, CN e CNP) sendo significativamente maior
32
nos tratamentos de adição combinada (Figura 19A). No ponto de coleta 1 de Umari, DBC
foi significativamente maior nos tratamentos NP e CNP em relação ao controle e demais
tratamentos (Figura 19B). No ponto 5 de Umari, somente os tratamentos CP e CNP
apresentaram DBC significativamente maiores que o controle (Figura 19C).
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
a b
cb ab
d e de
DB
C (
µg
C/L
*h
)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
a bca
abcc abc
d d
DB
C (
µg
C/L
*h
)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
50
100
150
b b
a a a aa a
DB
C (
µg
C/L
*h
)
A B
C
Figura 19 - Médias da Demanda Bacteriana de Carbono (DBC) encontradas no experimento em
laboratório referentes aos diversos tratamentos utilizados, sendo K o tratamento controle (sem adição de
nutrientes), C com adição de carbono, N com adição de nitrogênio, P com adição de fósforo, CP com
adição de carbono e fósforo, CN com adição de carbono e nitrogênio, NP com adição de nitrogênio e
fósforo e CNP com adição de carbono, nitrogênio e fósforo. Em cada coluna está representado a mediana
(barra horizontal) e os valores obtidos de cada réplica do experimento (quadrados pretos e brancos).
Letras iguais denotam que não há diferença significativa entre as médias dos tratamentos. A: Dados
experimentais obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Santa Cruz, n=40. B: Dados experimentais
obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Umari, n=40. C: Dados experimentais obtidos com amostra
do Ponto de coleta 5 de Umari, n=40.
Respiração Bacteriana Específica
As taxas de respiração bacteriana por célula foram mais uniformes entre os
tratamentos e com menores diferenças significativas encontradas. Em Santa Cruz 1, o
processo de respiração por célula foi maior nos tratamentos CP e CNP, porém havendo
diferenciação apenas desses tratamentos com o tratamento com adição única de fósforo
(Figura 20A). Em Umari 1, as maiores médias ocorreram nos tratamentos C e CN,
havendo diferenciação dos demais tratamentos (Figura 20B). Em Umari 5, os maiores
33
estímulos ocorreram nos tratamentos com adição isolada de carbono e nitrogênio, com
isso apresentando as maiores médias e ocorrendo diferença significativa desses com os
demais tratamentos (Figura 20C).
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
5.010 -5
1.010 -4
1.510 -4 ab cd a db ab abac
RB
E (
µg
C/L
*h
*cél)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
0
2.010 -5
4.010 -5
6.010 -5
8.010 -5
a a b b c c c c
RB
E (
µg
C/L
*h
*cél)
K P C N NP
CP
CN
CN
P
1.010 -6
1.010 -5
1.010 -4
1.010 -3
1.010 -2
1.010 -1 abc abc abcb abc c cabc
log
R
BE
A B
C
Figura 20 - Médias da Respiração Bacteriana Específica (RBE) encontradas no experimento em
laboratório referentes aos diversos tratamentos utilizados, sendo K o tratamento controle (sem adição de
nutrientes), C com adição de carbono, N com adição de nitrogênio, P com adição de fósforo, CP com
adição de carbono e fósforo, CN com adição de carbono e nitrogênio, NP com adição de nitrogênio e
fósforo e CNP com adição de carbono, nitrogênio e fósforo. Em cada coluna está representado a mediana
(barra horizontal) e os valores obtidos de cada réplica do experimento (quadrados pretos e brancos).
Letras iguais denotam que não há diferença significativa entre as médias dos tratamentos. A: Dados
experimentais obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Santa Cruz, n=40. B: Dados experimentais
obtidos com amostra do Ponto de coleta 1 de Umari, n=40. C: Dados experimentais obtidos com amostra
do Ponto de coleta 5 de Umari, n=40.
34
DISCUSSÃO
Observamos que nos dois ecossistemas aquáticos estudados na região semiárida
tropical, o metabolismo bacteriano de forma geral apresenta uma grande variabilidade
espaço-temporal e sua regulação se dá por diversas variáveis ambientais com baixo poder
de explicação. Em sua maioria, o reservatório Santa Cruz mostrou-se predominantemente
oligotrófico e o reservatório Umari como mesotrófico. Nessas condições de trofia as taxas
de respiração e densidade do bacterioplancton têm uma menor contribuição em relação a
respiração planctônica total do ecossistema (Biddanda et al. 2001). Por seu estado trófico
a adição de nutrientes como carbono, nitrogênio e fósforo estimularam o metabolismo
bacteriano sobretudo pelo incremento de biomassa e densidade, ocorrendo muitas vezes
co-limitação desses nutrientes ao crescimento bacteriano. Em geral, as bactérias
estudadas apresentaram baixa eficiência de crescimento, principalmente devido a grande
perda de energia pelo processo de respiração, muito mais do que pelas baixas taxas de
produção encontradas. Aqui iremos discutir as relações de regulação do metabolismo
bacteriano, a sua elevada heterogeneidade espaço-temporal e sua alta variabilidade em
relação à literatura.
Cenário atual das bactérias nos ecossistemas semiáridos da região tropical
Foi demonstrado recentemente que os ambientes aquáticos em regiões tropicais
apresentam elevadas taxas de RB em relação aos ambientes de regiões das demais faixas
latitudinais do globo, provavelmente devido às elevadas temperaturas anuais (Amado et
al. 2013). Os dois reservatórios do presente estudo apresentaram altas taxas médias de
RB, comparáveis ao descrito na literatura (Tabela 6), e alta variabilidade. Mesmo sendo
os dois ecossistemas predominantemente oligotrófico e mesotrófico, Santa Cruz e Umari
respectivamente, as taxas médias de RB em comparação as encontradas na literatura são
altas (Tabela 6), equiparando-se muitas vezes aos valores obtidos em sistemas eutróficos
(Farjalla et al. 2009b; Berggren et al. 2010; Pollard & Ducklow 2011). As taxas de RB
máximas obtidas no presente estudo são de maneira geral superiores as RB máximas
observadas na literatura, enquanto que as taxas de BR mínimas são no geral menores que
as mínimas da literatura (Figura 13A). É importante ressaltar que no estudo meta-analítico
de Amado et al. (2013), os ecossistemas da região semiárida são sub-representados, uma
vez que esses ambientes foram pouco estudados previamente.
Considerando a faixa latitudinal tropical, as taxas de PB são em geral elevadas
(Amado et al. 2013). Entretanto, estudo recente realizado em 100 lagos de baixa latitude
35
incluindo o semiárido tropical (entre 5° e 7°S, no estado do RN), registrou-se taxas de PB
extremamente baixas independente do estado trófico dos ecossistemas (Dantas 2014). As
taxas de PB do presente estudo são comparáveis às taxas de PB do estudo de Dantas
(2014) e condizem com as frequentemente registradas na literatura para sistemas
oligotróficos e mesotróficos. Entretanto, observamos que os valores mínimos encontrados
ficaram bem abaixo dos valores da literatura, sendo em torno de 200% inferiores (Tabela
7). Ao longo do período estudado a PB não apresentou grande amplitude de variação,
com os maiores valores e maiores médias ocorrendo no reservatório Santa Cruz. É possive
que a baixa variabilidade se deve a baixa disponibilidade de nutrientes no ambientee
também decorra das altas temperaturas ao longo de todo o ano na região estudada, uma
vez que no estudo de Dantas (2014) haviam inúmeros ecossistemas considerados
eutróficos e hipereutróficos, no qual também foram registradas baixas taxas de PB.
Em geral a ECB média nos reservatórios estudados mostraram-se inferiores as
encontradas na literatura. Os valores mínimos na literatura são todos maiores do que os
valores mínimos obtidos no estudo, entretanto todos os valores máximos na literatura são
menores do que os valores máximos obtidos (Tabela 6). Em função das baixas taxas de
PB no presente estudo, podemos inferir que a grande variação na ECB decorre da alta
variabilidade da RB, sugerindo que esse processo seja chave para o funcionamento dos
ecossistemas estudados. Portanto, fatores que regulem a RB nesses ambientes devem ser
muito relevantes para o balanço de carbono ecossistêmico, com consequentes emissões
para a atmosfera (Alonso-Sáez et al. 2008; Vidal et al. 2011).
36
Tabela 7 - descrição dos dados do metabolismo bacteriano encontrados nesse estudo e
comparação com os encontrados na literatura recente no trópicos e regiões temperadas, considerando
valores mínimos e máximos para cada uma das variáveis. RB: Respiração Bacteriana; PB: Produção
Bacteriana; ECB: Eficiência de Crescimento Bacteriano.
Referência Região RB mín.
(µg C/L*h)
RB máx.
(µg C/L*h)
PB mín.
(µg C/L*h)
PB máx.
(µg C/L*h)
ECB mín.
(%)
ECB máx.
(%)
Esse estudo Trop 0,060 74,576 0,003 9,418 0,03 78,79
Amado et al. 2006
Trop 0,696 7,476 0,120 0,372 3,16 35,10
Amon & Benner 1996
Trop 4,320 84,960 0,178 2,307 8,00 39,00
Dantas 2014 Trop 3,420 119,590 0,002 2,750 0,10 19,88
Farjalla 2014 Trop ND ND 0,120 1,680 ND ND
Farjalla et al. 2009a
Trop 0,650 2,490 0,014 1,418 10,00 14,00
Gocke et al. 2003
Trop 1,000 37,300 2,696 37,740 ND ND
Abboudi et al. 2008
Temp 0,813 2,5920 0,113 0,950 9,90 36,60
Alonso-Sáez et
al. 2008 Temp
0,167 2,000 0,208 36,576 3,00 42,00
Biddanda et al. 2001
Temp 0,980 3,660 0,240 0,816 4,80 38,90
Carrillo et al. 2014
Temp 0,140 12,380 5,460 32,980 0,15 46,13
Dorado-García et al. 2014
Temp 0,890 6,020 0,070 1,130 ND ND
Räsänen et al.
2014 Temp
15,600 75,600 0,480 11,52 3,50 8,00
von Scheibner et al. 2014
Temp 0,375 0,917 0,333 0,375 ND ND
Vidal et al. 2011
Temp 0,900 10,000 0,100 0,300 4,00 28,40
Limitação por nutrientes e regulação do metabolismo bacteriano
O fósforo (P) é reconhecidamente o principal nutriente limitante ao
bacterioplâncton em ecossistemas aquáticos continentais e marinhos (Elser et al. 1995;
Rivkin & Anderson 1997). Da mesma forma, esse nutriente foi reconhecido como o
principal nutriente limitante ao crescimento do bacterioplâncton em ecossistemas
tropicais amazônicos (Farjalla et al. 2002a) e costeiros húmicos (Farjalla et al. 2002b).
Nesses ecossistemas a qualidade do carbono foi identificada como fator secundário de
limitação do crescimento bacteriano e a PB e a ECB foram identificadas como baixas e
no limite inferior da PB registrada numa revisão anterior sobre ECB (del Giorgio & Cole
1998; Farjalla et al. 2009b). No presente estudo a PB bacteriana registrada também foi
muito baixa em relação a literatura e o P foi um dos principais nutrientes limitantes a PB
nos três pontos de coleta dos dois reservatórios estudados (Figura 10). Não foi possível
detectar a predominância de limitação da PB por nenhum dos nutrientes adicionados
37
isoladamente, mas houveram estímulos a PB mais consistentes pela adição combinada de
nutrientes sugerindo a ocorrência de colimitação deste processo, principalmente entre C
e N.
A RB é um processo metabólico de obtenção de energia a partir da degradação de
moléculas orgânicas que resultam na liberação de CO2 (e.g. del Giorgio e Cole 1998).
Portanto, a RB pode ser regulada pela presença de matéria orgânica ou carbono orgânico,
substrato para o processo. Nossos resultados sugeriram que a RB seja limitada por P e C
alternadamente, ou pelas combinações dos três nutrientes adicionados (C, N e P; Figura
17). O mesmo padrão foi seguido pela demanda bacteriana por carbono (Figura 19). A
consistente limitação da RB por P encontrada não deve estar diretamente relacionada ao
processo de respiração celular em si, mas a influência que esse nutriente apresentou sobre
a densidade bacteriana (e consequentemente na biomassa). Isso é corroborado quando as
taxas de respiração são normalizadas pela densidade bacteriana, resultando na ausência
de resposta da RBE às adições de nutrientes, somente ao carbono (Figura 21).
Alternativamente, a limitação ou regulação do metabolismo bacteriano pode ser
determinada por outras variáveis físico-químicas e/ou biológicas além da disponibilidade
de nutrientes (e.g. Smith & Prairie 2004; Apple et al. 2006; Farjalla et al. 2009a; Tank et
al. 2009; Faithfull et al. 2011; del Giorgio & Newell 2012). De fato, foram registradas 46
regressões múltiplas significativas com diversas variáveis ambientais com o metabolismo
bacteriano, sendo que 16 delas tiveram índices de explicação elevados (acima de 50%).
Apesar da recorrência da temperatura e OD em 90% das regressões obtidas com todos o
conjunto de dados, vê-se que o poder de explicação médio é menor que 18%, o que
corrobora a hipótese de que a regulação do bacterioplâncton é pouco previsível e
provavelmente determinada por fatores locais em detrimento de fatores mais globais
(Tabela 6).
Apesar das concentrações de P e razões CP, NP e CN figurarem entre os
reguladores do metabolismo com alta explicação, os fatores ambientais mais recorrentes
nas regressões múltiplas foram de variáveis que representam a produção primária
(concentrações de clorofila a e oxigênio dissolvido) (Tabela 5, Figura 16). Uma vez que
os ecossistemas estudados apresentam características de oligotrofia e mesotrofia, fica
evidente a importância da produção de matéria orgânica autóctone como fonte de recurso
para o metabolismo bacteriano, sugerindo uma relação mutualística entre bactérias e o
fitoplâncton (Kritzberg et al. 2004, 2005b; Fouilland & Mostajir 2010). Sendo assim,
38
sugerimos que a matéria orgânica em maior disponibilidade nos reservatórios estudados
é de boa qualidade e muito provavelmente a maior quantidade é de origem autóctone.
O metabolismo bacteriano mostrou-se bastante variável e com pouca
previsibilidade. Diante das condições climáticas características da região semiárida
tropical, fatores de escala global como a temperatura que influenciam o metabolismo em
nível fisiológico, se mostram menos relevante para a regulação do metabolismo
bacteriano. Sendo assim, outros fatores como interações ecológicas, pH, qualidade e
origem da MOD passam a figurar como fatores reguladores primários. Isso produz uma
regulação do MB compartilhada por diversas variáveis físicas, químicas e biológicas ou
alternadas em função das variações espaço-temporais das condições ambientais.
Avaliação espaço-temporal do metabolismo bacteriano
Os ecossistemas estudados estão inseridos numa região climática que tem por
característica um regime pluviométrico concentrado em no máximo quatro meses no ano.
O período de estudo segue esse padrão, o que provoca uma grande variabilidade nos
parâmetros metabólicos ao longo do ano.
Como visto, o metabolismo bacteriano não apresentou variação significativa no
espaço e no tempo e com baixa previsibilidade. Observou-se que essas variações
ocorridas nos parâmetros metabólicos entre reservatórios e sazonalidade apresentaram
respostas dependentes da densidade bacteriana. Isso pode ser confirmado com a análise
espaço-temporal (Tabela 5) que mostra que nos parâmetros metabólicos específicos (RBE
e PBE) não houve tal variação. Assim, evidencia-se que a ação dos fatores regulatórios
controla a densidade de bactérias, mostrando que o processo de respiração aumenta em
magnitude devido ao aumento do número de células.
A diferença encontrada nas taxas de RB obtidas na estação chuvosa e estação seca,
com média maior na estação chuvosa (Tabela 5), mostra que foi significativa a influência
da MOD alóctone nos reservatórios estudados na época chuvosa. A entrada de MOD pode
causar a redução do pH, favorecendo maiores taxas de respiração bacteriana, por tornar o
carbono mais biodisponível e também por melhorar as condições para desenvolvimento
bacteriano (Tank et al. 2009).
Com a entrada de MOD alóctone na estação chuvosa, há um subsídio
principalmente de carbono que em conjunto com os nutrientes presentes estimulam o
crescimento bacteriano de forma mais eficiente (Kritzberg et al. 2006), uma vez que esse
reservatório mostrou-se mais frequentemente mesotrófico com mais pontos se
39
apresentando como eutróficos e hipereutróficos. No reservatório Santa Cruz ocorre uma
maior produção na estação seca porque na chuvosa mesmo com aporte de MOD alóctone
há uma limitação do crescimento por deficiência de nitrogênio e fósforo. Esse mesmo
padrão se repete com a DB (Tabela 5). A diferença entre a DB dos pontos de coleta 1 e 2
e dos pontos 2 e 6 em Santa Cruz ocorre devido as características de produtividade
(nutrientes e cl a) dos pontos 1 e 6 que promovem um aumento nesses pontos.Tais
resultados corroboram com os resultados do experimento de limitação de nutrientes, em
que também há ausência de diferenças significativas quando considerados os parâmetros
metabólicos específicos (RBE e PBE), que são balizados pela densidade bacteriana.
Conclusões e perspectivas
Concluímos que o metabolismo bacteriano nos reservatórios estudados é regulado
por fatores locais em detrimento de fatores globais, além de apresentarem baixa
previsibilidade. Esse paradigma se deve, provavelmente a falta de sazonalidade climática
bem definida. Concluímos ainda que de modo geral, nos ecossistemas estudados as
alterações das taxas de RB e PB não são resultantes do metabolismo celular por mudanças
ambientais, mas indiretamente pela variação na biomassa bacteriana. Por fim, o processo
de eutrofização pelo aporte de nutrientes pode diretamente afetar a dinâmica metabólica
bacteriana na coluna d’água, mas também através da disponibilização de carbono de alta
qualidade pelo incremento da produção primária (Farjalla et al. 2009b; Berggren & del
Giorgio 2015).
40
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