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Nutrientes:fósforo
Curso EPAMIG
Prof. Dr. José Fernandes Bezerra Neto
Recursos — fatores ambientais consumíveis que são necessários para o crescimento e sobrevivência.
A falta de um ou mais recursos resulta na redução na taxa de crescimento.
A falta de um ou mais recursos leva à competição por aquele recurso.
Volvox
Pediastrum
Nutrientes – conceitos básicos
Quais os recursos as algas necessitam para crescer?
Luz — para fotossíntese
Carbono — para fotossíntese
Fósforo — ATP etc.
Nitrogênio — aminoácidos
Outros elementos — K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, etc.
Sílica —somente para diatomáceas e algumas crisófitas
Nutrientes – conceitos básicos
A “Lei do Mínimo” de Leibig
A produção de qualquer organismo será determinada pela quantidade da substância que for menos abundante no ambiente.
Este conceito tem que considerar as necessidades do organismo
Qual nutriente é mais limitante?
Depende da espécie…p.ex., sílica nunca é limitante para algas verdes mas pode ser para diatomáceas
Depende do período do ano...A limnologia física influencia a disponibilidade de nutrientes
Microcystis Chroococcus Anabaena Aphanizomenon
Nutrientes – fósforo
Essencial para a vida (ATP, fosfolipídios de membrana, etc.).
Usualmente um nutriente limitante em lagos. Derivado de rocha fosfática – abiótica,
diferente do nitrogênio. Sem fase gasosa. Adsorvido ao solo.
Naturalmente imóvel a menos que o solo seja erodido ou excesso de fertilizantes seja aplicado
O fósforo se move com o sedimento
Nutrientes – fósforo
Não é tóxico. As algas possuem adaptações para adquirir
fósforo: alta afinidade Enzimas que o metabolizam externamente
(APA) Estocagem Alta ingestão
A principal forma inorgânica de P é o ortofosfato PO4
–3 A maior parte do P encontrado na coluna de água
(>98%) está na forma de fosfatos orgânicos (P particulado)
Fósforo – formas encontradas
PP + PD = P Total
Filtragem em malha 0.45 mm
O que fica no filtro= PP (fósforo particulado)
Filtrado = PD(fósforo dissolvido)
Água do lago
Fósforo – propriedades básicas
Não existem reações redox ou de respiração diretamente envolvidas (organismos não geram energia a partir da química do P)
PO4–3 é altamente ligado aos sítios catiônicos
(Al+3, Fe+3, Ca+2) A concentração é fortemente afetada pelas
reações redox do ferro.
Hutchinson & Bowen 1950
32P04
Lago Linsley(12 m prof.)
O que acontece quando o P entra no lago?
Dentro de poucas horas, 32P aparece no hipolímnio
32P04absorção comido
Pelotas fecaisPerdas devido à sedimentação
O que acontece quando o P entra no lago?
fósforo particulado98.5%
perdas por sedimentação
PO4
0.21%
0.13%
pequenas moléculas orgânicas dissolvidas
1.16%Colóides de moléculas orgânicas grandes
Perdas porsedimentação
Ciclagem de fósforo no epilímnio
Níveis de fósforo no ambiente
Os principais fatores afetando os níveis de fósforo, ciclagem e impactos na qualidade de água incluem: Propriedades do solo Usos do solo Transportes associados com vazão Fontes internas (excreção e carga interna)
De onde vem o fósforo?
Fósforo – fontes externas
Fontes difusas Descargas da bacia de drenagem via tributários Deposição atmosférica
Fontes pontuais Esgoto doméstico Descargas industriais
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3
43 - sedimentação4 - interação água-sedimento
1 - interação na região litorânea2 - "curto circuito"
•◄
A dinâmica do fósforo nos ecossistemas aquáticos
12
3
43 - sedimentação1 - interação na região litorânea
2 - "curto circuito" 4 - interação água-sedimento
•◄
•A sedimentação de P
•complexação na forma de hidróxido de ferro hidratado
• adsorção à argilas
•complexação com complexos de Al e Mn (pH ácido)
• adsorvido ao CaCO3 (pH básico)
•Fatores que provocam a sedimentação
sedimentaçãociclagem
estratificação hidráulica
•A sedimentação de P provoca uma queda nas concentrações deste no sentido rio-barragem
•Thomaz et al. (no prelo)
•A sedimentação de P provoca uma queda nas concentrações deste no sentido rio-barragem (ex do
reservatório de Corumbá - GO)
km
P-t
ota
l (µg
/L)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50 60 70
rio barragem
Fós
foro
tota
l (µ
g/l)
10
20
30
40
barr vlnv covr lini spdr arei
superfície
fundo
riobarragem
•Reservatório de Segredo (PR)
•Thomaz et al. (1997)
Ferr
o (
mg/l)
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
barr vlnv covr lini spdr arei
superfície
fundo
riobarragem
Três Irm ãos
N . AvanhandavaProm issão
Ib itinga
B ariri
B . B on ita
Ju p iá
Fós
foro
(µg
/L),
Sec
chi (
cm)
Clo
rofil
a-a
(µg
/L)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
50
100
150
200
250
300
350
T.Ir
mão
s
N. A
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Pro
mis
são
Ibit
ing
a
Bar
iri
B. B
on
.-b
B. B
on
.-m
fósforo
Secchi
clorofila
CESP (1999)
•Retenção de P em cadeias de reservátórios: um exemplo do rio Tietê
Rio Paraná abaixo de Ilha Solteira
Estações de amostragem
P-t
ota
l (µ
g/l)
Clo
rofi
la-a
(µ
g/l)
1
2
3
4
5
6
7
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8
fósforo
clorofila
Agostinho et al. (1995)
Rio Paraná (jusante de P. Primavera)S
ecch
i dep
th (
m)
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,5
Feb
Mar
Apr
May Jun
Jul
Aug
Sep Oct
Nov
Dec Jan
Feb
2000-2001
1987-1988
1993-1994
Thomaz et al. (no prelo)
Rio ParanáP
-tot
al (
µg/
l)
0
10
20
30
40
50
60
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago Set
Out
Nov
Dez Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
2000-20011987-1988
•Retenção de P em cadeias de reservatórios: efeitos a jusante
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3
43 - sedimentação1 - interação na região litorânea
2 - "curto circuito" 4 - interação água-sedimento
•◄
•Dinâmica do fósforo: sedimento - água
Ciclagem do fósforo no hipolímnio
• Durante a estratificação, existe um movimento de P do epilímnio para o hipolímnio, por sedimentação de PP.
• Uma vez que o P chega no hipolímnio, ele fica lá até que o lago circule novamente.
• P pode também ser estocado nos sedimentos, ligados ao ferro.
PO43-
PO43-
Fe+++Fe(OH)3
PO43-
O íon férrico (Fe3+) dissolvido na água e nos sedimentos, na presença de oxigênio, liga-se ao P e criar um precipitado insolúvel
É a chamada “armadilha de ferro” e acontece somente quando o hipolímnio contém oxigênio
PP>95%
PO4
<
<
<3%
Assim que o hipolímnio se torna anóxico, o Fe+++ ganha um elétron e é reduzido para Fe++
Fe+++
Fe+++ Fe(OH)3
Fe++ forma sais solúveis com PO4.
Sob condições anóxicas, temos um fluxo de P para fora do sedimento. Isto é chamado de “carga interna”
Fe++ Fe(OH)2
PO43- PO4
3-
• Papel ativo das bactérias
• Papel do enxofre é mais importante do que se previa
Fe 2+Fe 2+
PO 43-
VENTO
•Esteves (1998)
•Papel dos organismos nas trocas sedimento - água
•bioturbação
PO 43-
NH4+
PO 43- NH4
+
•Papel dos organismos nas trocas sedimento - água
tempo (dias)
P-t
ota
l (µ
g/l)
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
•Pagioro & Thomaz (1999)
•Papel dos organismos nas trocas sedimento – água: decomposição de macrófitas
•Esteves (1998)
•Fósforo em reservatórios:
fase de enchimento
Dias após o enchimento
P-t
otal
(µ
g/L)
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80
superfície
fundo
•Thomaz et al. (no prelo)
Dias após o fechamento
Clo
rofil
a-a
(µg/
L)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80
•Fósforo em reservatórios: fase de enchimento (Corumbá – GO)
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43 - sedimentação4 - interação água-sedimento
1 - interação na região litorânea 2 - "curto circuito"
•►
•Efeito da região litorânea na dinâmica do P
•Camargo & Esteves (1986)
•As macrófitas
aquáticas e a dinâmica do
fósforo
horas
Fo
sfa
to r
ea
tivo
dis
solv
ido
(p
pb
)
0
80
160
240
320
400
0 10 20 30 40 50
com Eichhornia crassipes
controle
•Petrucio & Esteves (1998)
•As macrófitas aquáticas e a dinâmica do fósforo
•Lopes Ferreira (1995), Esteves (1998)
•As macrófitas aquáticas e a dinâmica do fósforo
•O fósforo é absorvido também por bactérias
•Horne & Goldman (1994)
Nutrientes – perfis verticais de verão
•Oligotrófico •Eutrófico
TT
O2 O2
PO4
PO4
Pro
f.
•0 •0
• anoxia
anoxia