Variação espacial e temporal da qualidade da água e do sedimento em uma lagoa costeira dominada por cianobactérias - Lagoa do Peri - Florianópolis/SC

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Florianópolis, 2016.Lagoas costeiras são controladas por parâmetros tróficos que influenciam a distribuição e abundância de organismos aquáticos, especialmente os produtores primários. Ambientes oligotróficos geralmente apresentam ausência ou baixa densidade de cianobactérias, sendo estes organismos normalmente encontrados em ambientes eutrofizados. Na Lagoa do Peri observa-se uma dominância de Cylindrospermopsis raciborskii, com esta cianobactéria apresentando importantes mecanismos de adaptação que determinam seu sucesso neste ecossistema oligo-mesotrófico. O presente estudo avaliou a dinâmica temporal de nutrientes, clorofila-a e variáveis abióticas na coluna d?água e sedimento de uma lagoa costeira subtropical rasa (Lagoa do Peri, ilha de Santa Catarina, sul do Brasil). Para isso, amostras de água foram coletadas mensalmente de março/2007 a fevereiro/2013 para avaliar variações em pequena e média escala em parâmetros físicos, químicos e biológicos da água. Tendências em longo prazo foram avaliadas por meio de dois testemunhos de sedimento coletados e analisados quanto a algumas características paleolimnológicas. Amostras mensais de sedimento também foram coletadas e analisadas quanto à granulometria, fauna bentônica, matéria orgânica e fósforo, de março/2007 a maio/2009. A Lagoa do Peri apresentou baixa concentração de nutrientes dissolvidos e altas concentrações de clorofila-a, com um padrão sazonal de variação para as concentrações de P e clorofila-a. Diferenças significativas foram observadas em diferentes anos para alguns parâmetros. A lagoa foi considerada potencialmente limitada por P durante a maior parte do período de estudo e uma correlação positiva foi encontrada entre as concentrações de clorofila-a e de P. A biomassa fitoplanctônica foi aparentemente controlada pela temperatura da água e pela disponibilidade de P (razões N:P e P dissolvido). Em relação aos dois testemunhos de sedimentos coletados, ambos mostraram tendências gerais similares, com quantidades crescentes de matéria orgânica (OM), carbono (TOC), nitrogênio total (TN) e fósforo total (TP) do fundo para as camadas superiores mais recentes. As razões TOC:TN indicaram uma mistura de contribuições alóctones e autóctones na OM. A razão TN:TP também indicou uma condição de potencial limitação por P, de forma geral. Tanto d13C quanto d15N mostraram um padrão de diminuição do fundo para a superfície dos testemunhos. Diferenças no padrão de variação das camadas dos dois testemunhos foram associadas à posição marginal de um deles. Para as amostragens mensais de sedimentos, os principais resultados encontrados foram: 1) as formas e concentrações de P variaram sazonalmente, com quantidades mais elevadas de P nos sedimentos em períodos mais quentes; 2) as formas e concentrações de P também variaram entre os pontos amostrados, associadas à composição dos grãos e ao conteúdo de OM; 3) quantidades e qualidades de P nos sedimentos foram correlacionadas com características da água, especialmente temperatura, clorofila-a, nitrato, oxigênio dissolvido, pH e TP; 4) alguns grupos alimentares funcionais de macroinvertebrados mostraram relações significativas com a variação temporal do P no sedimento, incluindo catadores-coletores, fragmentadores, filtradores e filtradores-coletores. Os resultados encontrados sugerem uma grande importância de fatores climáticos, especialmente a temperatura, e da condição de limitação por P, na dinâmica da qualidade da água, através de suas influências na biomassa fitoplantônica, na liberação de P do sedimento e nas alterações da produção primária e nutrientes em longo prazo na Lagoa do Peri.Abstract : Coastal lakes are controlled by trophic parameters which influence in the distribution and abundance of aquatic organisms, especially primary producers. Oligotrophic environments usually show absence or low densities of cyanobacteria, organisms usually found in eutrophic systems. In Peri Lake, there is a dominance of Cylindrospermopsis raciborskii, a cyanobacteria that shows important adaptations that determine its success in this oligo-mesotrophic ecosystem. The present study assessed the dynamics of nutrients, chlorophyll-a and abiotc variables in the water column and sediments of a shallow subtropical coastal lake (Peri Lake, Santa Catarina island, Southern Brazil). Water samples were taken monthly from March 2007 to February 2013 to assess small and medium term variation in physical, chemical and biological parameters. Longer time trends were evaluated by two sediment cores sampled and analyzed for some paleolimnological characteristics. Monthly sediment samples were also taken and analyzed for grain size, benthic fauna, organic matter and phosphorus from March 2007 to May 2009. Peri Lake showed low dissolved nutrients and high chlorophyll-a concentration, with a seasonal pattern of variation concerning P and chlorophyll-a. Significant differences were observed in different years for some parameters. The lake was considered potentially P limited during the majority of the study period and a positive correlation was found between chlorophyll-a and P concentration. Phytoplankton biomass was apparently controlled by water temperature and N:P ratios (P availability). In relation to the two sediment cores sampled, both cores showed similar general tendencies, with increasing amounts of organic matter (OM), total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) from the bottom toward the top more recent layers. TOC:TN ratios indicated a mixture of allochthonous and autochthonous contribution to the OM. TN:TP also indicated a condition of potential limitation by P in general. Both d13C and d15N showed a decreasing pattern toward the top of the cores. Differences in the depth variation pattern between the two cores were associated to the marginal location of one of the cores. For the monthly sediment sampling, the main results found were: 1) P forms and concentration varied seasonally, with OP and TP increasing in the sediments in warmer periods; 2) P forms and concentration also varied among the sampling sites, associated with sediment grain size compositions and OM content; 3) quantities and qualities of P in the sediments were correlated with water characteristics, especially temperature, chlorophyll-a, nitrate, dissolved oxygen, pH and TP; 4) some benthic functional feeding groups showed significant relationships with temporal variation in sediment P, including gathering-collectors, shredders and filterers and filtering-collectors. The results suggest a strong importance of climatic factors, especially temperature, and of the P limited condition in the water quality dynamics of Peri Lake, through their influence in the phytoplankton biomass, P release from the sediments and changes in nutrients and primary production in the long term

Dinâmica da qualidade da água em uma lagoa costeira: o caso peculiar da Lagoa do Peri, Ilha de Santa Catarina, Brasil

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Florianópolis, 2010.O estudo da dinâmica dos parâmetros físicos, químicos e biológicos da água nas lagoas costeiras é essencial para entender como esses ecossistemas funcionam, o que por sua vez permite o desenvolvimento de estratégias adequadas de gerenciamento e conservação de seus recursos. Este estudo teve como objetivo compreender a dinâmica espacial e temporal da qualidade da água da lagoa do Peri (Florianópolis), bem como avaliar a resposta do fitoplâncton da referida lagoa (como clorofila-a) a aumentos de temperatura e de aporte de fósforo em experimentos em microcosmo em laboratório. Para tanto, foram realizadas coletas mensais no período de março/2008 a setembro/2009, em cinco pontos e quatro profundidades na lagoa. Os resultados obtidos mostraram homogeneidade espacial (horizontal e vertical) em todas as estações do ano para todos os parâmetros, o que foi atribuído à forte influência dos ventos e à baixa ocupação humana na bacia hidrográfica da lagoa. Variações sazonais foram observadas e podem ser explicadas principalmente por variações na temperatura, direção e intensidade do vento e no regime pluviométrico, característicos do clima subtropical. Ao comparar este estudo com outras duas pesquisas realizadas na lagoa do Peri em 1996 e 1998, não foram encontradas diferenças marcantes que evidenciem alterações na qualidade da água. Os fenômenos El Niño - La Niña podem ter influenciado nas pequenas variações de longo prazo observadas na qualidade da água. O uso de quatro diferentes índices de estado trófico mostrou que índices desenvolvidos para lagos temperados são inapropriados para uma lagoa subtropical como a lagoa do Peri. A lagoa foi classificada como oligotrófica para as concentrações de nutrientes e meso-eutrófica para transparência e clorofila-a, o que pode atribuído às altas densidades da cianobactéria Cylindrospermopsis racoborskii e às altas taxas de reciclagem observadas em corpos d'água mais quentes, quando comparados com os temperados. Os experimentos de microcosmo em laboratório mostraram que aumentos de 3°C e 5°C na temperatura da água não afetaram fortemente a biomassa fitoplanctônica nos experimentos de verão e outono, mas aumentos consideráveis foram observados nos microcosmos de inverno. O efeito do enriquecimento por fósforo sozinho normalmente foi negativo nas concentrações de clorofila-a, mas o efeito combinado do aumento da temperatura e do aporte de fósforo levou a aumentos significativos na clorofila-a na maioria dos microcosmos em todas as estações do ano em que se realizaram os experimentos

Mapeamento, regeneração e proteção da cobertura vegetal da Ilha de Santa Catarina ? Florianópolis/SC

Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Perícias Criminais Ambientais, Florianópolis, 2021.O presente trabalho teve como objetivo elaborar um mapeamento detalhado, com alta resolução e grande escala (1:1000) da cobertura vegetal de Ilha de Santa Catarina, e a partir deste mapeamento comparar com estudos pretéritos e produzir mapas de restrições legais como subsídio para um melhor planejamento e ordenamento do uso do solo no município de Florianópolis. A metodologia utilizada consistiu na análise e interpretação visual de ortofoto obtida a partir de voo realizado em 2016, com resolução de 1:1000, através do software QGis 3.10. Foram escolhidas oito categorias para mapeamento das diferentes fitofisionomias existentes na ilha. Mapas temáticos de altimetria, áreas inundáveis, terrenos de marinha e Geologia foram utilizados como ferramentas auxiliares. A comparação com mapeamentos pretéritos foi feita de forma visual e com adequação de algumas categorias de classificação utilizadas. A geração mapas de restrições legais levou em consideração as características da vegetação que condicionam a incidência de Áreas de Preservação Permanente ? APPs conforme a Lei Federal 12.651/2012 e Lei Complementar 482/2014, além da sobreposição com Unidades de Conservação. Os resultados mostraram que a Floresta Ombrófila Densa ? FOD é a fitofisionomia de maior representatividade na ilha, compondo 71% da cobertura vegetal nativa (218,19 km²). Restingas representaram 13% da cobertura vegetal, subdivididas em Restinga Arbustiva Arbórea em planícies (21,79 km²), Restinga fixadora de Dunas (13,45 km²) e Restinga estabilizadora de Mangue (6,18 km²). O Manguezal e Associações (transições) recobriram 9% (27,30 km²) do território insular vegetado. Já a vegetação herbácea em áreas úmidas (higrófila) representou 7% das áreas mapeadas (20,92 km²). A Vegetação Antropizada correspondeu a 4% da cobertura vegetal (7,82 km² de Reflorestamento e 5,56 km² de herbáceas/pastagens). Comparando-se as mudanças temporais observadas do mapeamento do presente estudo com o trabalho de Marileia Caruso de mapas de 1938 e 1978, observou-se perda considerável de cobertura vegetal nas áreas de planícies e algumas áreas úmidas, especialmente em função do avanço da urbanização. Porém, nas encostas foi possível observar uma maior regeneração natural nas bordas das florestas. Foi possível constatar a grande efetividade que as Unidades de Conservação possuem na manutenção de porcentagens significativas de cobertura vegetal no território insular, uma vez que estas estão situadas especialmente sobre os Manguezais e áreas de Dunas, que foram as áreas que sofreram menor perda de área. As Unidades de Conservação também tiveram papel fundamental na regeneração dos fragmentos florestais nas encostas das morrarias, especialmente na porção central e sul ilha. Assim, a cobertura vegetal da Ilha de Santa Catarina vem seguindo diferentes processos de regeneração natural de acordo com os diferentes graus e formas de intervenções antrópicas, ou substituídas por ocupações e usos urbanos. A mudança de uso do solo de atividades rurais para usos atuais totalmente urbanos voltados especialmente para moradia e turismo, mudaram completamente o cenário e as tendências para a cobertura vegetal. A atual ameaça à preservação da cobertura vegetal já mostra seus efeitos de fragmentação na paisagem: a expansão urbana.Abstract: The objective of the work was to develop a detailed mapping of the vegetation cover of Santa Catarina Island in high resolution and large scale (1:1000), and in the sequence conduct a comparison with previous studies and elaborate maps with the legal restrictions as a subside for a better planning and organization of land use in the city of Florianópolis. The method consisted in the visual analysis and interpretation of an orthophoto obtained in a flight in 2016, with resolution of 1:1000, using the software QGis 3.10. Eight categories were defined for the mapping of different phytophysiognomies of the island. Tematic maps of altimetry, floodable areas, marine lands and Geology were used as auxiliars. The comparison with earlier mappings was conducted visually and through adjustment in some of the categories of classification adopted. Elaboration of legal restrictions maps took into consideration the characteristics of the vegetation that generate the incidence of Permanent Preserved Areas ? PPAs according the Federal Law 12.651/2012 and Complimentary Law 482/2014, and the overlapping with Conservation Units. The results showed that Dense Ombrophylous Florest ? DOF is the largest phytophysiognomy of the island, representing 71% of the native vegetation cover (218,19 km²). Restingas covered 13% of vegetated areas, divided in ?Arboreal Shrubby Restinga? in flat lands (21,79 km²), ?Restinga over Sand Dunes? (13,45 km²) and ?Restinga stabilizing Mangrooves? (6,18 km²). Mangrooves and Associations (transitional areas) covered 9% (27,30 km²) of vegetated insular lands. Herbaceous vegetation in humid areas (hygrophilic) represented 7% of the mapped areas (20,92 km²). Anthropic vegetation corresponded to 4% of the vegetation cover (7,82 km² of Reforestation and 5,56 km² of herbaceous pastures). Comparing the temporal changes in the present mapping and in the work of Marileia Caruso of 1938 e 1978 images, a considerable loss is observed in the vegetation cover in flat lands and in some humid areas, especially due to the increase in urbanization. However, a good natural regeneration process was observed in the edges of the slopes. It was also possible to note the great effectiveness of the Conservation Units in the maintenance of significant percentages of vegetation land cover in the island, since the Mangrooves and Dunes they largely cover were the categories that showed the smallest area loss. Conservation Units also had a fundamental role in the regeneration of forest fragments in the slope of the hills, especially in the central and south parts of the island. Thus, vegetation land cover in Santa Catarina Island is going through different processes of natural regeneration according to the different levels and forms of anthropic disturbs in the past, or being replaced by urban settlements and uses. The changes in the vocation of the city from rural uses of the land to current totally urban uses associated mainly with settlements and tourism shifted completely the scenery and tendencies of the vegetation cover. The current threat for the preservation of the vegetation is already showing its effects in the fragmentation of the landscape: the urban expansion

Seasonal phytoplankton response to increased temperature and phosphorus inputs in a freshwater coastal lagoon, Southern Brazil: a microcosm bioassay Resposta sazonal do fitoplâncton ao aumento de temperatura e aporte de fósforo em uma lagoa costeira de água doce no sul do Brasil: um bioensaio em microcosmo

AIM: the present study aimed at assessing the response of phytoplankton biomass (as chlorophyll-a) to simulated conditions of increased water temperature and phosphorus (P) inputs in Peri lagoon, a subtropical coastal lagoon dominated by Cylindrospermopsis raciborskii most of the year; METHODS: microcosm experiments were conducted in thermostatic light chambers during 3 and 7 days in austral summer, autumn and winter 2009. Control temperatures were tested against 3 and 5 °C rises in water temperature in each season. In each temperature treatment, three P concentrations were tested: control (non-enriched, ~1.5 μg.L-1 PO4(3+)) and enrichments of four (+6 μg.L-1 PO4(3+)) and eight (+12 μg.L-1 PO4(3+)) times natural concentrations; RESULTS: the results showed that P enrichments alone did not increase chlorophyll-a concentrations, but temperature increases significantly elevated phytoplankton biomass in autumn and winter microcosms. Water temperature increases were followed by significant elevations in the oxygen saturation levels in all microcosms and seasons. The combined effect of increased temperature and P enrichments resulted in the highest chlorophyll-a levels also in autumn and winter. Summer microcosms seem to have been negatively affected by the experimental conditions (too high water temperatures); CONCLUSIONS: the bioassays showed that global temperature rises can significantly elevate the phytoplankton biomass in Peri coastal lagoon, especially in colder months and if followed by increased P inputs, what can lead to major ecological consequences to the water body and to water supply issues in the region.OBJETIVOS: o presente estudo teve como objetivo avaliar a resposta da biomassa fitoplanctônica (como clorofila-a) a condições simuladas de aumento da temperatura da água e do aporte de fósforo (P) na lagoa do Peri, uma lagoa subtropical costeira dominada por Cylindrospermopsis raciborskii; MÉTODOS: experimentos em microcosmo foram conduzidos em câmaras incubadoras com controle de temperatura e fotoperíodo por 3 e 7 dias no verão, outono e inverno de 2009. Temperaturas controle foram comparadas com aumentos de 3 e 5 °C na temperatura da água. Em cada tratamento, três concentrações de P foram testadas: controle (não-enriquecida, ~1,5 μg.L-1 PO4(3+) ) e enriquecimentos de quatro (+6 μg.L-1 PO4(3+)) e oito (+12 μg.L-1 PO4(3+)) vezes a concentração natural na lagoa; RESULTADOS: os resultados mostraram que o enriquecimento por P sozinho não provocou aumento nas concentrações de clorofila-a, mas a elevação da temperatura da água aumentou significativamente a biomassa fitoplanctônica nos microcosmos no outono e no inverno. O aumento da temperatura foi acompanhado por aumento significativo na saturação de oxigênio na água em todos os microcosmos e estações do ano. O efeito combinado do aumento da temperatura e do enriquecimento com P resultou em concentrações de clorofila-a ainda mais elevadas também no outono e no inverno. Os microcosmos desenvolvidos no verão parecem ter sido afetados negativamente pelas condições experimentais (temperaturas muito elevadas); CONCLUSÕES: os bioensaios mostraram que o aumento da temperatura global pode elevar significativamente a biomassa fitoplanctônica na lagoa do Peri, especialmente em meses mais frios e se acompanhada por aumento no aporte de P, o que pode levar a alterações ecológicas profundas no corpo d'água e a problemas no abastecimento de água da região

Considerations regarding the dominance of Cylindrospermopsis raciborskii under low light availability in a low phosphorus lake

ABSTRACTAlthough many studies have shown that the dispersion, increased abundance and dominance of cyanobacteria can be attributed to nutrient enrichment, we discuss features contributing to the dominance of Cylindrospermopsis raciborskii in a shallow, polymictic, subtropical coastal lake with low phosphorus and light limitation (Peri Lake). The presence and dominance of C. raciborskii in an environment with such characteristics emphasizes the idea that nutrients alone do not explain the high density of this cyanobacterium. Other features should be considered in explaining this species dominance, such as phosphorus storage and physiological flexibilitywhich seem to be key features to high densities in low phosphorus systems

Nutrient variations and coastal water quality of Santa Catarina Island, Brazil

http://dx.doi.org/10.5007/2175-7925.2010v23n1p211Variação dos nutrientes e qualidade das águas costeiras da Ilha de Santa Catarina, Brasil. No presente estudo, investigou-se a variação sazonal dos nutrientes e da qualidade da água costeira da Ilha de Santa Catarina (SCI) entre Agosto/2006 e Fevereiro/2008. As amostras de água foram analisadas segundo: temperatura, salinidade, pH, oxigênio dissolvido, material particulado em suspensão, clorofila-a, nitrogênio inorgânico dissolvido (NID) (nitrito + nitrato + amônia), fosfato, silicato, nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT). Os resultados mostraram que na Baia Norte a temperatura da água e salinidade apresentam maior variação que no Pântano do Sul. Os valores médios de temperatura e salinidade de 17,6oC e 34,8 no inverno e 18,1oC e 34,6 na primavera, bem como a maior concentração de nitrato de 4,12μM neste último período estão fortemente relacionados com as assinaturas da Água de Plataforma Subtropical (APST) e da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), respectivamente. As razões N:P (NID:fosfato) e Si:N (silicato:NID) indicam que o nitrogênio é o nutriente limitante para a área. Ademais as concentrações de nutrientes inorgânicos dissolvidos são mais baixas que em outras áreas costeiras urbanizadas da Plataforma Sudeste Brasileira (PSB). A avaliação do estado trófico indica que as águas costeiras da SCI podem em geral ser classificadas como mesotróficas, chegando a eutróficas em alguns períodos do ano

Bacterioplankton Activity in a Meso-eutrophic Subtropical Coastal Lagoon

The aim of this study was to investigate whether the bacterioplankton activity in the meso-eutrophic Conceição Lagoon would increase significantly under allochthonous inputs of inorganic nutrients and organic carbon. Abundance and biomass of bacterioplankton were evaluated under three treatments: light (14 h light/10 h dark), complete darkness (dark-control), and nutrient (C + N + P—dark, 100 : 10 : 1) enrichments during 72 h. Nutrient enrichments promoted a significant increase in abundance (maximum of 19.0 ×109 cells·L−1 in the first 32 hours) and biomass of the heterotrophic bacterioplankton, which induced the formation of large clusters. Bacterial biomass remained constant in the non-enriched incubations (dark-control and light). Bacterial growth rates were significantly higher after nutrient additions (1.35 d−1), followed by control (0.79 d−1), and light (0.63 d−1) treatments, which were statistically equal (p>0.05). Bacterial production rates were also significantly higher under nutrient additions (1.28 d−1), compared to the control and light (0.50 d−1 and 0.44 d−1, respectively), demonstrating that bacterial growth and production in this meso-eutrophic lagoon are under an immediate “bottom-up” regulation, followed by a potential top-down effect. These facts reinforce the urgency on improving the local wastewater management plan in order to prevent further expansion of anoxic waters