Reviewing the organic matter processing by wetlands

Abstract Aim Cycling processes in wetlands are highly dynamic and involve complex interactions between hydrological processes, biogeochemical transformations, and microbial communities. This review attempts to assess the interactions between elements within biogeochemical cycles and the possible routes in which organic matter is processed in waterlogged soils. Methods The input and cycling of organic matter in flooded soils were approached in this review. We used a non-systematic literature survey to indicate the possible biogeochemical routes of organic matter processing in waterlogged soils. Results We explore hydrological processes, oxygen availability, biogeochemical routes of the organic matter process, and the inputs and exports of organic matter in flooded soils from wetlands. Conclusions The anaerobic degradation of organic resources predominantly occurs within submerged soils. Under conditions of maintenance of natural rates of primary production and allochthonous detritus input, storing organic detritus in flooded soils prevails over mineralization. The importance of hydrology for the export of organic carbon is evident. In wetlands, the export of organic matter is predominantly associated with dissolved organic matter and methane production

Qualidade da água em reservatórios e a provisão de serviços ecossistêmicos: uma abordagem qualitativa / Water quality in reservoirs and the ecosystem services provision: a qualitative approach

Os reservatórios são sistemas artificiais importantes no cenário nacional, são marcados por diversos impactos socioambientais durante sua construção e por proporcionam diversos benefícios para a sociedade. Todavia, tem sido observada a perda de qualidade da água destes sistemas, o que afeta a provisão de serviços ecossistêmicos. Diante da necessidade de investigações, o presente trabalho empregou uma abordagem qualitativa para estabelecer relações entre variáveis indicadores de qualidade da água e suas relações com os serviços ecossistêmicos/benefícios proporcionados pelos reservatórios de Barra Bonita (BB), Santo Grande (SG), Itupararanga (IT) e Jaguari-Jacareí (JJ). Constatou-se que, mudanças nas variáveis limnológicas alteram os serviços ecossistêmicos proporcionados pelos reservatórios, devido aos prejuízos para a manutenção da biodiversidade e a desregulação de processos ecológicos. A abordagem qualitativa demonstrou-se robusta para a avaliação de serviços ecossistêmicos proporcionados pelos reservatórios, as informações geradas podem servir de base para a elaboração de medidas de conservação dos recursos hídricos e tomada de decisão, visando evitar gastos com o tratamento da água e prejuízos para atividades humanas

Bacia do rio Monjolinho: qualidade da água, sedimento e Índice de Hemerobia

O presente trabalho teve como objetivo relacionar a qualidade da água e dos sedimentos com a naturalidade e interferência antrópica relacionada ao uso da terra em uma bacia hidrográfica urbana. Análises das seguintes variáveis limnológicas foram realizadas na estação de seca e de cheia de 2011: temperatura, oxigênio dissolvido, pH, condutividade elétrica, nitrato, nitrito, amônia e fósforo total, os metais (Cd, Cu, Zn, Pb e Cr), cianeto e fenóis. Para a análise de sedimentos, os seguintes metais foram quantificados (Cd, Cu, Pb, Cr, Ni e Zn). A interferência antrópica relacionada ao uso da terra foi analisada com base no grau de hemerobia identificando predomínio da classe polihemeróbia, que é representada por paisagens artificiais, i.e. intencionalmente criadas e totalmente dependente do controle e manejo humano. Sendo que a atividade predominante foi a agricultura, que leva à mudanças na paisagem e contribuem tanto para a poluição e contaminação da água do rio Monjolinho

DIAGNÓSTICO DA QUALIDADE DA ÁGUA E HEMEROBIA NO RIO TIETÊ, MOGI DAS CRUZES, SP

O aumento das áreas urbanizadas e agrícolas tem impactado os ecossistemas naturais, em especial os aquáticos. Desta forma, surge a necessidade de investigar quais são estes impactos, situação favorecida por meio da aplicação de indicadores, fornecendo as bases para a tomada de decisão. O presente estudo utilizou índice de Qualidade da Água (IQA), Índice de Estado Trófico (IET) e a hemerobia com o intuito de obter um diagnóstico das águas do rio Tietê e dos usos da terra do município de Mogi das Cruzes-SP. Foram realizadas duas campanhas amostrais no rio Tietê entre os anos de 2015 e 2016. As tipologias de uso e cobertura da terra foram identificadas por meio da interpretação visual de uma imagem de satélite, o que possibilitou a identificação dos graus de hemerobia. Os resultados das variáveis limnológicas e dos índices de qualidade de água demonstraram que a perda de qualidade da água do rio Tietê se relaciona com o despejo inadequado de efluentes domésticos e a poluição difusa. As principais tipologias de cobertura da terra obtidas para o ano de 2016 são: (i) Vegetação Nativa, (ii) Área Urbanizada e (iii) Pastagem. Apesar de a paisagem ser composta por ecótopos caracterizados pelo grau baixo de hemerobia (Vegetação Nativa), a Área Urbanizada, que possui o maior grau de hemerobia, tem contribuído para as alterações na qualidade da água observadas no rio Tietê. Os resultados favorecem o estabelecimento de estratégias que visem minimizar os efeitos adversos sobre os ecossistemas e favorece o processo de tomada de decisão

IMPORTÂNCIA DO PLANEJAMENTO REGIONAL PARA A MANUTENÇÃO DOS USOS MÚLTIPLOS DA ÁGUA EM BACIAS HIDROGRÁFICAS

Water is indispensable for human life, but the degradation of this resource has been occurring uncontrollably. Thus, the formulation of environmental public policies that provide a planning of the watersheds’ land use and cover at regional scales is indispensable. Only through regional governance will it be possible to integrate public policies that prioritize the economic development of a society and environmental protection. The present study evaluated the shortcomings associated with the Hydrographic Basins Plans and the Master Plans of the municipalities belonging to the Ribeirão do Feijão River Basin, based on a survey of land use and cover of 1998, 2008 and 2018. The expansion of the anthropic areas has been verified, causing a deterioration of natural areas and, consequently, ecosystem services. In this way, the creation of strategic environmental planning at the regional level will assist in the sustainable development of municipalities within the river basin.A água é indispensável para a vida humana, mas a degradação desse recursovem acontecendo desenfreadamente, sendo imprescindível a formulaçãode políticas públicas ambientais que proporcionem um planejamento douso das bacias hidrográficas nas escalas regionais. Somente por meio dagovernança regional será possível a integração de políticas públicas quepriorizem o desenvolvimento econômico de uma sociedade e a proteçãoambiental. O presente trabalho avaliou as lacunas associadas aos planosde bacia hidrográfica e planos diretores dos municípios pertencentes àBacia Hidrográfica do Ribeirão do Feijão, a partir do levantamento do usoe cobertura da terra de 1998, 2008 e 2018. Verificou-se a expansão deáreas antropizadas, que ocasionam uma deterioração das áreas naturais e,consequentemente, dos serviços ecossistêmicos. Dessa forma, a efetuaçãode um planejamento ambiental estratégico em nível regional auxiliará odesenvolvimento sustentável dos municípios inseridos na bacia hidrográfica

Um método de investigação da assimilação heterotrófica do amônio e nitrato por organismos planctônicos A method for investigating the heterotrophic assimilation of ammonium and nitrate through planktonic organisms

O presente estudo tem por objetivo descrever os processos de assimilação do amônio e nitrato através de ajustes cinéticos de assimilação em função de concentrações preestabelecidas. Para a execução dos experimentos foram coletadas amostras de água da subsuperfície da região litorânea do reservatório denominado "Lago do IAG". Este reservatório situa-se na área do Parque Estadual das Fontes do Ipiranga (PEFI), 23º39’S e 46º37’W, São Paulo, Brasil. Estabeleceram-se para os experimentos cinco diferentes concentrações para o amônio: 300; 370; 440; 650 e 1280 &micro;g.L^-1 de N-NH₄⁺ e para o nitrato: 340; 590; 890; 1090 e 1590 &micro;g.L^-1 de N-NO₃^-. Os experimentos foram mantidos no escuro, oxigenados e à temperatura de 20^oC num período de 9 dias para o amônio e 11 dias para o nitrato. A cada dia, foram determinadas as concentrações do amônio e do nitrato por colorimetria. Os resultados mostraram que o maior coeficiente de decaimento (k) para o amônio ocorreu sob a concentração inicial de 300 &micro;g.N.L^-1 (k = 0,23 dia^-1) e para o nitrato o maior coeficiente foi obtido na concentração inicial de 340 &micro;g.N.L^-1 (k = 0,25 dia^-1). Estes resultados fazem supor que tais concentrações estejam próximas das condições ideais de assimilação dos referidos compostos pelos microrganismos deste sistema, propondo-se, portanto, que, no caso da realização de incubações dessa natureza, os experimentos devem ser iniciados a partir das concentrações próximas às descritas e que valores acima de 500 &micro;g.N.L^-1 de amônio e 600 micro;g.N.L^-1 de nitrato poderiam ocasionar uma inibição dos processos de assimilação dos respectivos substratos. É importante notar que as descrições das variações dos coeficientes de decaimento em função das concentrações iniciais de amônio e nitrato não foram ajustados ao modelo proposto por Michaelis-Menten devido ao provável processo de inibição observado.<br>The kinetics of assimilation of ammonium and nitrate is investigated for various predetermined concentrations of water samples extracted from the upper subsurface of the littoral zone of a small reservoir (Lake IAG) in São Paulo, Brazil ( 23º39’ S and 46º37’ W). Five concentrations were predetermined for added ammonium: 300; 370; 440; 650; 1280 &micro;g.N.L^-1 and nitrate: 340; 590; 890; 1090; 1590 &micro;g.N.L^-1. The samples were maintained under dark and oxygenated at a controlled temperature of 20^ºC &plusmn; 1^ºC, for the period of 9 days for ammonium and 11 days for nitrate. Once a day the concentrations of ammonium and nitrate in the flasks were analyzed colorimetric method. The highest uptake rate occurred at the initial concentrations of 300 &micro;g.N.L^-1 (k = 0,23 day^-1) and 340 &micro;g.N.L^-1 (k = 0,25 day^-1 ) for ammonium and nitrate respectively. These results indicate that the latter concentrations are close to the ideal conditions for assimilation of ammonium and nitrate by the microorganisms in the system. It is suggested therefore that these are the concentrations at which incubation processes should be started. In addition, concentrations above 500 &micro;g.N.L^-1 for ammonium and 600 &micro;g.N.L^-1 for nitrate are likely to cause inhibition of the assimilation process. The data do not follow a simple Michaelis-Menten equation, probably because some inhibition in the assimilation occurred

As rotas de liberação do carbono dos detritos de macrófitas aquáticas

THE RELEASE PATHWAYS OF CARBON FROM DETRITUS OF AQUATIC MACROPHYTES. Herein, processes linked to the release of the carbon (e.g. CO2, CH4, DOC) from decomposition of aquatic macrophytes are discussed. A brief compilation of other studies was made to verify the variation of carbon contents in the plant tissues, and carbon mineralization processes were discussed in face of the conditioning factors that usually operate at continental aquatic systems (e.g. temperature, availability of dissolved oxygen). A kinetic model was proposed to describe and compare the rate of mineralization of released detritus. The mineralization generally follows three different pathways, each one involving different amounts of carbon. The predominant pathway � oxidation of particulate refractory organic compounds, like fi bers � is the slowest pathway, with a mean half-time of 88 days. The mineralization of soluble and labile organic compounds seem to involve less carbon (ca. 29.7%), and takes place faster. Keywords: Mineralization, decomposition, mathematical models, DOC, POC, detritus.Nesse estudo discutem-se eventos relativos à liberação do carbono (e.x. CO2, CH4, COD) durante a decomposição das macrófi tas aquáticas. Foi realizada uma breve compilação para examinar a variação dos teores de carbono dessas plantas. Os processos de mineralização são discutidos em função de fatores controladores dos sistemas aquáticos continentais (ex. temperatura, disponibilidade de oxigênio dissolvido). Propõe-se ainda, um modelo cinético que descreve e compara as velocidades dos processos de mineralização dos diferentes componentes dos detritos. Pelo modelo adotado, concluiu-se que a mineralização possui, no geral, três rotas que envolvem diferentes proporções de carbono. A rota predominante (oxidação dos compostos orgânicos refratários particulados; i.e. fi bras) é a mais lenta (tempo médio de meia vida: 88 dias); as mineralizações dos compostos orgânicos dissolvidos e lábeis envolvem menos carbono (ca. 29,7%) e constituem-se em processos de curto prazo. Palavras-chave: Mineralização, decomposição, modelos matemáticos, COD, COP, detritos

Oxygen consumption during mineralization of organic compounds in water samples from a small sub-tropical reservoir (Brazil)

Assays were carried out to evaluate the oxygen consumption resulting from mineralization of different organic compounds: glucose, sucrose, starch, tannic acid, lysine and glycine. The compounds were added to 1 l of water sample from Monjolinho Reservoir. Dissolved oxygen and dissolved organic carbon were monitored during 20 days and the results were fitted to first order kinetics model. During the 20 days of experiments, the oxygen consumption varied from 4.5 mg.l-1 (tannic acid) to 71.5 mg.l-1 (glucose). The highest deoxygenation rate (kD) was observed for mineralization of tannic acid (0.321 day-1) followed by glycine, starch, lysine, sucrose and glucose (0.1004, 0.0504, 0.0486, 0.0251 and 0.0158 day-1, respectively). From theoretical calculations and oxygen and carbon concentrations we obtained the stoichiometry of the mineralization processes. Stoichiometric values varied from 0.17 (tannic acid) to 2.55 (sucrose)

As atividades das enzimas na decomposição da matéria orgânica particulada em ambientes aquáticos continentais

THE ACTIVITIES OF ENZYMES ON DECOMPOSITION OF REFRACTORY ORGANIC MATTER IN THE FRESHWATER SYSTEMS. The present review aimed at analyzing the dynamics of refractory particulate organic matter (POM) of the decomposition of aquatic macrophytes plants and lignocellulosic residues, and of enzymes associated with this process. The chemical changes to POM by the osmotrophic metabolism of heterotrophic microorganisms in lentic and lotic environments are paramount to carbon and nutrients cycles dynamics and also to general energy flow in aquatic ecosystems. POM is chiefly made of lignocellulosic compounds: cellulose, lignin, and hemicellulose. These substances are degraded by specific hydrolytic enzymes that break POM into smaller molecules that can be incorporated by the heterotrophic organisms � fungi and bacteria � responsible for recycling matter in aquatic environments. Keywords: Enzymes, aquatic macrophytes, decomposition, particulate organic matter.Esta revisão teve por objetivo analisar a dinâmica da matéria orgânica particulada (MOP) refratária (proveniente da decomposição de macrófi tas aquáticas e de resíduos lignocelulósicos) e das enzimas associadas a esse processo. As transformações da MOP que ocorrem através do metabolismo osmotrófi co dos microrganismos heterotrófi cos, tanto de ambientes lóticos quanto lênticos, são fundamentais para a dinâmica dos ciclos de carbono, de nutrientes e para o fl uxo de energia dos ecossistemas aquáticos. A MOP é formada principalmente por compostos lignocelulósicos, que se dividem em celulose, lignina e hemicelulose. Esses compostos são degradados por enzimas hidrolíticas específi cas que transformam a MOP em compostos menores para que possam ser incorporados pelos organismos heterotrófi cos (fungos e bactérias) responsáveis pela ciclagem da matéria em ambientes aquáticos. Palavras-chave: Enzimas, macrófi tas aquáticas, decomposição, matéria orgânica particulada

Pb and Zn contamination as rate-regulation agents on decomposition of two emergent macrophytes: a systemic approach

Modeling the carbon cycling in aquatic environments is relevant for predicting the detritus processing capacity in metal-affected environments. Considering the potential toxic effect of Zn and Pb on microbial metabolism, we hypothesize that the presence of these metals decreases decomposition rates of macrophytes detritus. We examined the anaerobic decomposition of Hedychium coronarium and Urochloa subquadripara in presence of Zn and Pb at 15 and 25°C. The mass decay was parameterized by first-order kinetic model. The higher concentration of Zn promoted reduction on mineralization of particulate organic carbon (POC) in the U. subquadripara and H. coronarium detritus. The Q10 (H. coronarium: 0.95 to 1.75 and U. subquadripara: 1.26 to 1.59) showed a positive effect of temperature increasing during macrophytes anaerobic degradation. Considering the metal type and concentration, the high Zn concentration acted as a driving force over POC decay and consequently affecting the yields in the plant detritus mineralization processes since the decrease in POC degradation was effective due to adsorption of metals in this detritus fraction. The use of mathematical models was suitable tool that allows predicting carbon turnover in an ecosystem submitted to an episode of metal contamination