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Processos ecológicosem zonas ripárias
Aurea Lemes
Pós- doutoranda
PNPD-UFSC
1Fevereiro
2015
2
1.Dinâmica da Matéria orgânica
Processos ecológicos em zonas ripárias
2.Processo de decomposição foliar 3.Métodos de amostragens
3
Zonas ripárias
Introdução
4
5
6
• “Interface entre os ecossistemas
aquáticos e terrestres”
• “Compartimento fundamental
para o funcionamento dos
ecossistemas aquáticos”• River Continuum Concept (Vannote et al. 1980)
• Localizadas ao longo das margens dos
rios e cabeceiras de drenagens
• Dinâmicos heterogeneidade
florística alterações na composição
da vegetação
Definições
7
1965 (lei 4.771) criação do Código Florestal
Áreas de preservação permanente
Limita a ocupação e proíbe a sua supressão
consequência
2012 (lei 12.651) Modificações feitas no código florestal Zonas ripárias tornaram-se
mais vulneráveis
o Inserção de novas justificativas para a supressão/diminuição das zonas ripárias.
Consequências
8
Exercem importantes funções ecológicas, sociais e econômicas:
o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica
o Filtro natural para as águas superficiais
o Controle da erosão das margens
o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa
o Importante corredor ecológico
o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos
adjacentes
Participação nos processos ecossistemas aquáticos
Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados
Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático
Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas
9
guiaecologico.wordpress.com
caliandradocerrado.com.br
Processo de urbanização +crescimento das áreas agrícolas
Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos
Benefícios diretos e indiretos obtidos pelohomem a partir dos ecossistemas
Provisão de alimentos
Formação dos solos
Manutenção da qualidade
da água
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Tundisi & Tundisi (2010)
Processo de urbanização +crescimento das áreas agrícolas
Redução das zonas ripárias e serviços ecossistêmicos
Benefícios diretos e indiretos obtidos pelohomem a partir dos ecossistemas
guiaecologico.wordpress.com
caliandradocerrado.com.br
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Exercem importantes funções ecológicas
o Manutenção da integridade da Bacia Hidrográfica
o Filtro natural para as aguas superficiais
o Controle da erosão das margens
o controle da alteração da temperatura e incidência luminosa
o Importante corredor ecológico
o Fornecimento de energia na forma de matéria orgânica alóctone para os ecossistemas aquáticos
adjacentes
Participação nos processos ecossistemas aquáticos
Devido a capacidade de retenção dos nutrientes dissolvidos e particulados
Devido ao sombreamento incidente no sistema aquático
Contribuindo para a manutenção da diversidade faunal e dispersão das plantas
12JFG Júnior.... todo material orgânico produzido fora do ecossistema que é incorporada posteriormente como energia no ecossistema...
O que é Matéria Orgânica Alóctone?
Rio de zona temperadas Rio de zona tropical
13
Folhas, galhos, frutos, sementes, entre outros
Conectar os ecossistemas aquáticos e terrestres
o Entrada vertical: a partir da vegetação ripária sobre o riacho
14
o Entrada horizontal: transferência de matéria orgânica estocada no solo
através do escoamento de água, ventos e movimento de animais
Entrada da matéria orgânica alóctone
Dinâmica de matériaorgânica alóctone
oriundas davegetação ripária
Radiação solar
RIACHOS
Ambientes aquáticos
Autóctones Alóctones
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Conectam os ecossistemas aquáticos e terrestres
Galhos, folhas e partes reprodutivas
Aquaripária
Importância
16
o Riachos de baixa ordem ou cabeceiras vegetação ripária desenvolvida menor incidência de luzdiminuindo a produção autotrófica (fitoplâncton/alga perifiticas)
o Produção heterotrófica (matéria orgânica alóctone) é a principal fonte de energia e nutrientes para as comunidades aquáticas
Riachos de baixa ordem
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• Conceito do Rio Continuo
(Vanote, 1980)
Os riachos de cabeceira e de baixa ordem sãoecossistemas que funcionam como “hotspots” dediversidade transformadores da matéria orgânicaproveniente dos sistemas terrestres, fornecendorecursos alimentares e centro dispersor debiodiversidade aos cursos d`água de maior ordem(Hauer & Hill, 2007)
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Quais os fatores que determinam o aporte dos
detritos foliares?
o Composição das espécies vegetais
*Decíduas
*Semi-decíduas
*Perenes
o Características climáticas
*Seca
*Precipitação
*Ventos
19
Ecossistemas temperados
• Sazonal
• Características das espécies vegetais
• Outono/Inverno
• Frio fator determinante
Fonte: Hart SK et al., 2013
19
Ecossistemas tropicais
• Variável
• Localização e das características da região
• Ex: seca marcante
• Seca fator determinante
Fonte: Gonçalves et al., 2014
20
Ausência de um período de seca marcante
Entrada contínua de detritos foliares
Eventos de chuvaTempestades
21
Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária
Estrutura e a composição da vegetação ripária
influenciam na dinâmica da matéria orgânica
Fenologia
22
122 espécies
Riacho Cacheira GrandeBioma: Mata AtlânticaFlorianópolis-SCLisboa et al, in press
44 espécies
Riacho DoceBioma: CerradoBelo Horizonte-MGFrança et al. 2009
Riacho GarciaBioma: transição de MA-CEOuro Branco-MGCallisto et al. 2014
192 espécies
Diferenças na composição das espécies vegetais
Variações locaisBiomasTipo de vegetação dominanteAltitude
Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária
0
100
200
300
400
500
600
700
800
ago set out nov dez jan fev mar abr mai
gra
ma
s .m
-2.m
ês-1
Média Vertical
Média Laterais
Média Bêntico
Média Matas
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E este efeito pode ser agravado se o tipo de detrito foliar que entra nos riachosfor composto por detritos impalatáveis (menor qualidade)
Composição das espécies vegetais ao longo da zona ripária
Remoção das zonas ripárias
Mudanças na composição da vegetação ripária
Estrutura e os processos funcionais
Qualidade e a quantidadede detritos para o ecossistema
Substituição por espéciesexóticas
Avanço das problemáticasambientais
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Nitrogênio
Fósforo Polifenóis
Lignina
Celulose
Carbono
Qualidade química do detrito foliar
NUTRIENTES
ESTRUTURAIS
DEFESAS QUÍMICAS
Outras defesas:Cutículas e a dureza das folhas
edfotos.fotosblogue.com
Polifenóis:
• Compostos defensivos produzidos pelas
espécies vegetais
•Proteção contra herbívoria
• variam de acordo com a espécie, idade e
nível de decomposição das folhas
• Presença deste pode afetar a colonização
microbiana, retardando a decomposição
dos detritos
Acta bot. bras. 23(2): 407-413. 2009Compostos secundários durante a decomposição foliar de espécies arbóreas em um riacho do sul do BrasilLuiz Ubiratan Hepp, Rogério Delanora e André Trevisan
Composto estrutural das plantas vasculares- conferem dureza aos tecidos vegetais
Difícil decomposição
Proteção contra herbivoria e infecções microbianas
“...altas concentrações destes compostos estão associados
com baixa colonização microbiana...”
LIGNINA E CELULOSE
27
Qualidade do detrito +
ambiente físico
Comunidadedecompositora
consequência
Atratividade
Composição química e estrutura física
N + colonização microbiana Detritos
palatáveis
Fases finais (fungos) ou iniciais da colonização
(bactérias)
Nível de degradação do detrito
Completo ou
incompleto
Estágio de colonização microbiana
Lignina e Celulose Detritosimpalatáveis
consequência Processamento dodetrito foliar
Certos tipos de detritos são especialmente atrativos para os
invertebrados
28
Zonas ripárias Sistemas aquáticos
Processos ecossistêmicos
28
Processo de Decomposição foliar
Parte 2- Processo de decomposição foliar
29
“...mudança de estado do detrito foliar,
passando de matéria orgânica particulada
grossa para matéria orgânica particulada fina
e dissolvida...”
tempo
Decomposição foliar
FísicosTemperatura da água
Vazão
BiológicosInvertebrados
Microorganismos
Químicosnutrientes
Oxigênio dissolvido
Composiçãodo detrito
30
Ciclagem de nutrientes
Interações tróficas
Transferência de energia
31
Decomposição da matéria orgânica
32
Modelo tradicional de decomposição foliar em sistemas aquáticos:
1-Lixiviação
2-Condicionamento
3-Fragmentação
Conversion to
FPOM
Invertebrates Colonization,
Microbial Activity
And Physical Decomposition
Microbial Colonization andPhysical Decomposition
ChemistryDecomposition
Leaf Fall (CPOM)
• Início imediatamente após a imersão das folhas na água
• Liberação dos compostos hidrossolúveis (proteína,
aminoácidos, lipidios)
• Mudanças na química inicial do detrito.
• Influências intrínsecas e extrínsecas à planta.
• Perda de massa – até 30 %.
33
1-Lixiviação
Conversion to
FPOM
Invertebrates Colonization,
Microbial Activity
And Physical Decomposition
Microbial Colonization andPhysical Decomposition
ChemistryDecomposition
Leaf Fall (CPOM)
Lixiviação
• período de colonização e crescimento de micro-organismos
no detrito foliar
• Intensificam-se as modificações químicas e estruturais do
detrito devido a colonização microbiana
• Aumento da palatabilidade e da qualidade nutricional do
detrito foliar para os invertebrados
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2-Condicionamento
Conversion to
FPOM
Invertebrates Colonization,
Microbial Activity
And Physical Decomposition
Microbial Colonization andPhysical Decomposition
ChemistryDecomposition
Leaf Fall (CPOM)
Condicionamento
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3-Fragmentação
• resultante da abrasão física e consumo das folhas pelos invertebrados, principalmente os pertencentes ao grupo trófico funcional fragmentador Conversion to
FPOM
Invertebrates Colonization,
Microbial Activity
And Physical Decomposition
Microbial Colonization andPhysical Decomposition
ChemistryDecomposition
Leaf Fall (CPOM)
Fragmentação
36
Adaptado de Allan (1995)
Conversion to
FPOM
Invertebrates Colonization,
Microbial Activity
And Physical Decomposition
Microbial Colonization andPhysical Decomposition
ChemistryDecomposition
Leaf Fall (CPOM)
Lixiviação
Condicionamento
Fragmentação
Apesar de distintas, estas fases se sobrepõemdurante a decomposição da matéria orgânica(Gessner et al. 1999)
Modelo tradicional de decomposição:
37
38
Fatores biológicos:
o Algas, bactérias, fungos, ciliados, flagelados, amebas e nematóides estão envolvidos no
processo de decomposição dos detritos foliares alóctones
o Bactérias e os fungos (hifomicetos aquáticos) são considerados os principais micro-
organismos decompositores
Joan
Art
igas
Ale
jo-
tese
de
do
uto
rad
o
1.Micro-organismos
39
Bactérias e fungos hifomicetos
o Capazes de produzir enzimas extracelulares que degradam os polímeros estruturais na
parede celular das plantas promovendo perda de massa e
suavizando os tecidos foliares para a alimentação dos invertebrados
o Apesar da importância bacteriana, os hifomicetos aquáticos são os principaisdirecionadores deste processo.
Fungos hifomicetos Início do processo de decomposiçãoimportância
Bactérias Final do processo de decomposiçãoimportância
40
Fungos hifomicetos
o Hifomicetos aquáticos são fungos anamórfos
SUCESSO
ADAPTAÇÕES FISIOLÓGICAS
ADAPTAÇÕES MORFOLÓGICAS
o ocorrem predominantemente no ambiente
aquático
o Apresentam reprodução assexuada, com
formação de conídios (estruturas de dispersão)
Fungos hifomicetos
Adaptações morfológicas Adaptações fisiológicas
41Joan
Art
igas
Ale
jo-
tese
de
do
uto
rad
o
o Produção de conídios em formatos
sigmóides ou tetrarradiados
o Eficiente aderência aos substratos
o Produção enzimas extracelulares
o Degradar polímeros estruturais
Aumenta a qualidade do detrito vegetal para o consumo dos invertebrados
aquáticos
42
Fungos hifomicetos
o Temperatura
o Condutividade
o Velocidade da água
o Oxigênio dissolvido
o Nutrientes (N e P)
Biomassa
Atividade dos hifomicetos
43
Aumento da temperatura + concentração de nutrientes na coluna
d’água
Aumento nas taxasde decomposição foliar
Estimulam o crescimento, reprodução e o
metabolismo dos hifomicetos
crescimento, reprodução e o metabolismodos hifomicetos dos fungos aquáticos
Nutrientes inorgânicos + baixas taxas de O2
Efeitonegativo
44
Apresentam um aparelho bucal adaptado para macerar e rasgar partes da matéria orgânica
particulada grossa
“…aumentando a área disponível para a ação microbiana…”
...selecionar/rejeitar algumas espécies de folhas...
Fatores biológicos:
2. Invertebrados fragmentadores
45
Físicos:
1. pH e velocidade da água
Águas com baixos valores de pH
menores coeficientes de decomposição
águas ácidas inibem a atividade microbiana
Águas mais agitadas
Estimula a atividade microbiana eaumenta a fragmentação dos detritos
Aumenta o processamento do detrito foliar
Interfere na taxa de decomposição
Aumenta a taxa de decomposição
46
Decomposição dos detritos foliares como método de avaliação ambiental
conservação da zona ripária ----------------- fundamental para preservar a integridade ecológica
caliandradocerrado.com.br
A redução ou perda da vegetação ripária é um dos impactos ambientais mais comuns nos sistemas aquáticos
consequências negativas nos parâmetros funcionais eestruturais do ecossistemas
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Indicadores funcionais
Indicadores estruturais
Comunidade aquática e seus recursos
Taxas, padrões e processos
ecossistêmicos
Como avaliar os efeitos dos distúrbios antrópicos sobre a integridade ecológica de riachos?
Integridade ecológica dos riachos
Taxa de decomposição foliar Processo integrado: liga a vegetação ripária, condições ambientais e a
atividade dos invertebrados e micro-organismos
DETRITO FOLIAR
FísicosTemperatura da água
Vazão
BiológicosInvertebrados
Microorganismos
Químicosnutrientes
Oxigênio dissolvido
Composiçãodo detrito
48
49
<
Desta forma, a taxa de decomposição foliar foi mais
rápida no riacho referência do que no impactado.
% m
ass
rem
ain
ing
Bre
akd
ow
nra
tes
(day
-1)
reference impacted
Mass remaining
Breakdown rates
Perda de massa foliar
50
385
325
50
Altas [O2] + características naturais do ambiente podem ter favorecido a presença dos fungos
aquáticos, principalmente hifomicetos aquáticos
Eficientes no processo de decomposição foliar
Biomassa dos fungos :
Avaliada pela quantificação do ergosterol, lipídeo exclusivo das membranas dos fungos
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• Riqueza de invertebrados foi maior no riacho referência, porém a abundância total foi maior no
impactado
• Capacidade dos organismos de se adaptar as mudanças ambientais
Invertebrados aquáticos
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Métodos de amostragens
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Dinâmica da matéria orgânica
Como avaliar o aporte de MO em riachos?
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Amostragem vertical
55
Amostragem vertical
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Aporte solo (1m²) Estoque bêntico (0,1024m²)
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Como avaliar o decomposição foliar em riachos?
Detritos foliares Litter bags
incubação
Incubado por n dias
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Marcelo Moretti
O material vegetal pode ser agrupado em 3 categorias:
1. Decomposição rápida: valor de k > 0,001 dia/12. Decomposição média: 0,005 dia/1 < k< 0,010 dia/13. Decomposição lenta: k < 0,005 dia/1