Coleta de Sedimento Metodologia p Avaliacao Experimental Atividade Fauna Bentonica1

5/21/2018 Coleta de Sedimento Metodologia p Avaliacao Experimental Atividade Fauna Bentonica1

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Documentos

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MMeettooddoollooggiiaappaarraaaavvaalliiaaooeexxppeerriimmeennttaallddaaaattiivviiddaaddeeddaaffaauunnaabbeennttnniiccaa

ISSN 0103-78110

Dezembro, 2007


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Autoria

Andr Luiz dos Santos Furtado1

Joo Jos Fonseca Leal2,3

Marcos Paulo Figueiredo Barros2

______________________________________

1Embrapa Monitoramento por SatliteAv. Dr. Jlio Soares de Arruda, 803 - Parque So QuirinoCEP 13088 300 Campinas, SP - Brasile-mail: [email protected]

2Laboratrio de Limnologia, Departamento de Ecologia, Instituto de Biologia, UniversidadeFederal do Rio de Janeiro - CCS, Ilha do FundoCEP 21941 902, Rio de Janeiro, RJ.

3Centro Federal de Educao Tecnolgica de QumicaRua Lcio Tavares 1045 - CentroNilpolis, RJ


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Documentos 65

Metodologia para avaliao experimental daatividade da fauna bentnica

Andr Luiz dos Santos FurtadoJoo Jos Fonseca LealMarcos Paulo Figueiredo Barros

Campinas, SP2007

ISSN 0103-78110

Dezembro, 2007


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Exemplares dessa publicao podem ser solicitados :

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Presidente: Jos Roberto MirandaSecretria-Executiva: Shirley Soares da SilvaMembros: Adriana Vieira de Camargo de Moraes, Andr Luiz dos Santos Furtado, Carlos Alberto

de Carvalho, Carlos Fernando Quartaroli, Cristina Aparecida Gonalves Rodrigues,Graziella Galinari, Gustavo Souza Valladares, Mateus Batistella

Foto da capa: Joo Jos Fonseca Leal

1 edioFotos: Arquivo da Unidade

Todos os direitos reservados.A reproduo no autorizada desta publicao, no seu todo ou em parte, constitui violao dos direitos autorais (Lei n 9.610).

Furtado, Andr Luiz dos Santos

Metodologia para avaliao experimental da atividade da faunabentnica / Andr Luiz dos Santos Furtado, Joo Jos Fonseca Leal,Marcos Paulo Figueiredo Barros. Campinas: Embrapa Monitoramento porSatlite, 2007

17 p.: il. (Embrapa Monitoramento por Satlite. Documentos, 65).ISSN 0103-78110

1. Ecologia 2. Meio Ambiente 3. Liminologia 4. Qualidade da gua

5. Ecossistemas aquticos 6. Microorganismos bentnicos 7. Ciclagemde matria 8. Biomonitoramento I. Leal, Joo Jos Fonseca. II. Barros,Marcos Paulo Figueiredo.III. Embrapa. Centro Nacional de Pesquisa deMonitoramento por Satlite (Campinas, SP). IV. Ttulo. V. Srie.

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Embrapa, 2007


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Sumrio

INTRODUO............................................................................................. 5

MTODOS.................................................................................................. 6

Coleta de amostras de sedimento................................................................ 6

Experimentos em microcosmos..................................................................10

CONSIDERAES FINAIS............................................................................13

REFERNCIAS............................................................................................14

ndice de Figuras

Figura 1. Coletores de sedimento: (a) Tipo de Eckman; (b) Tipo de Petitepo e(c) Tipo van veen Grab................................................................... 7

Figura 2. Coletor de sedimento tipo Kajac................................................... 8

Figura 3. Estratificao trmica da coluna dgua resultado da maior absoroda radiao solar pelo epilmnio (A). Desestratificao da colunadgua resultado da fora do vento e da temperatura constante daatmosfera (B)................................................................................ 9

Figura 4. Mineralizao da matria orgnica e perfil vertical da concentraode oxignio em sedimento orgnico. ...............................................10

Figura 5. Aclimatizao do sedimento (cores) coletados com coletor tipoKajac. A interface sedimento-gua e principalmente a estruturavertical do sedimento so mantidas intactas. A temperatura e aoxigenao da gua podem ser controladas. ....................................11

Figura 6. Modelo de fluxo contnuo para homogeneizao na coluna dguaem amostras de sedimento coletadas com amostrador tipo Kajac...12


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Resumo

Durante muitos anos, a importncia do compartimento bentnico

para o funcionamento dos ecossistemas aquticos lacustres foinegligenciada, pois este era considerado apenas um compartimento deestocagem de nutrientes. Em grande parte, este conceito refletia afalta de metodologias adequadas de coleta, de avaliao da dinmicametablica e do grau de conectividade com os demais compartimentosaquticos. Entretanto, nos ltimos 40 anos, conseqncia daproposio e aplicao de metodologias adequadas de amostragem ede incubao dos sedimentos lmnicos, vrias pesquisas realizadas insitu e em laboratrio revelaram a importncia dos sedimentos

lacustres para o metabolismo pelgico. A intensa atividade dosorganismos bentnicos na mineralizao e ciclagem de matria suprecom matria e energia a coluna dgua. Este artigo tem como objetivodescrever de forma detalhada metodologias aplicadas avaliao dometabolismo da fauna bentnica e sua importncia para a ciclagem denutrientes nos ambientes lacustres continentais.


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INTRODUO

No final do sculo XIX, Forbes (1887) publicou seu clssico artigo, The lake as amicrocosm, a primeira abordagem sistmica para um ecossistema aqutico, comenfoque na interligao e nas conexes entre seus compartimentos (pelgico e

bentnico). Posteriormente, a interao entre estes dois compartimentos foi novamentedestacada por Lindeman (1942). Pode-se assim considerar os ecossistemas aquticoscomo sistemas complexos, formados por subsistemas no isolados, que interagem entresi e com o entorno terrestre e a atmosfera (SCHINDLER,SCHEUERELL 2002).

Conceitualizar o sedimento apenas como um compartimento fonte de matria eenergia para a coluna dgua, representa uma simplificao de sua importncia nometabolismo dos ecossistemas aquticos (VADEBONCOEUR et al. 2002). Wang e Yu(2007) demonstraram experimentalmente os efeitos da concentrao de nutrientes dosedimento sobre a morfologia, a alocao de biomassa e a distribuio espacial damacrfita aqutica VallisneriaspiralisL. Este fato demonstra a influncia do sedimento

sobre a dinmica das comunidades de macrfitas aquticas e assume maior relevncianos ecossistemas lacustres tropicais, pois estes possuem uma ampla regio litornea,principal habitat destas espcies vegetais.

Nos ecossistemas aquticos, a gravidade funciona como um agente desedimentao, depositando parte da energia e da matria de origem alctone ouautctone no sedimento. Em sistuaes de elevada taxa de sedimentao, umasignificativa frao do carbono e de outros nutrientes pelgicos deslocada para ocompartimento bentnico (WETZEL etal. 1972).

Independentemente do tamanho da partcula, quando gravidade a principal foraatuante, a velocidade de sedimentao de uma partcula individual funo de seu

dimetro, da viscosidade do lquido e da massa especfica da partcula e do lquido,como descrito pela equao de Stokes a seguir:

( )lsgD

v

=

2

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onde:

l= massa especfica do lquido.

s = massa especfica do lquido

D= dimetro da partcula

= viscosidadev= velocidade

Contudo, a equao descrita uma simplificao do que ocorre em umecossistema lacustre, pois esta no considera a interao e a agregao das partculasdurante o processo de sedimentao (WU, WANG 2006).

Sedimentadas, as partculas tornam-se nutrientes e energia para os organismosbentnicos, suprindo a cadeia alimentar. Concomitantemente, h um fluxo de gases,matria e energia da regio bentnica para a pelgica. Portanto, de se admitir que, emum ecossistema aqutico, o fluxo vertical de energia e matria entre o compartimento

bentnico e o pelgico tem sua velocidade e magnitude, em parte, regulado pelaeficincia de assimilao e pela velocidade de transferncia entre os nveis trficos


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bentnicos. Entretanto, processos fsicos e qumicos tambm afetam este fluxo.Segundo WOOD (1975) e PETR (1976), o fluxo e a troca de matria na interfacesedimento-gua regulada por uma variedade de mecanismos, dentre os quais os maisimportantes so: a difuso natural de equilbrio mineral; a turbulncia promovida pelamovimentao das massas dgua; a liberao de gases e solutos via atividade

microbiana e a intensidade da atividade de movimentao (migrao) da biota bentnicaatravs do sedimento, a bioturbao.

A importncia do processo de bioturbao na ciclagem de nutrientes tem sidoinvestigada por diversos autores. Dentre as pesquisas pioneiras, destacam-se asconduzidas por ALSTERBERG (1925) e BERG (1938), enfocando o potencial debioturbao da macrofauna bntica em sedimentos lacustres, especificamente algumasespcies de Oligochaeta e Mollusca. Posteriormente, outros estudos desenvolvidas emambientes lacustres temperados ou tropicais investigaram a influncia da macrofaunabentnica na dinmica dos processos biogeoqumicos, focalizando a avaliao daintensificao dos fluxos na interfase sedimento-gua a interferncia nos processosmetablicos como nitrificao, desnitrificao e metanognese, assim como a influnciadestes organismos em perfis de oxi-reduo do compartimento bentnico (ANDERSEN,KRISTERSEN 1988; ALLER 2001; GRANLI 1979 a, b; FUKUHARA, SAKAMOTO 1988;HANSEN, KRISTENSEN 1998; SVENSON 1997; KAJAN, FRENZEL 1999; LEAL et al.2003, 2007; FIGUEIREDO-BARROS et al. 2005; CALLIMAN etal. 2007).

Diversos mtodos foram propostos para investigar a fauna bentnica e sua relaocom o ambiente pelgico, dentre os quais destaca-se a utilizao de istopos instveis(CONLAN et al. 2006; CARLIER et al. 2007), que permite a avaliao in situdo fluxode matria e as relaes trficas na cadeia bentnica. Por outro lado, o alto custoenvolvido na anlise das amostras poder ser considerado uma desvantagem do mtodo.

Outra metodologia utilizada para investigar a ecologia da macrofauna bentnica o

uso de microcosmos. Experimentos deste tipo permitem avaliar e estudar a dinmica dacomunidade bentnica (SIMPSON et al.1998; LAFSSON 1992; WIELTSCHNIG et al.2003), estimar seu papel na ciclagem de nutrientes, (MILLER-WAY et al. 1994;GULBERG et al. 1997) ou o potencial toxicolgico de poluentes sobre estes organismos(SZCZEPANIK-VAN LEEUWEN, PENROSE 1983; CHANDLER et al. 1997; SCHAFFNERet al. 1997; FOWLKES et al. 2003).

O objetivo deste texto apresentar, de forma sinttica e detalhada, a metodologiae o conhecimento necessrio para a construo de experimentos usando microcosmosem laboratrio, destinados a avaliar a atividade da fauna bentnica de ecossistemaslacustres. Descreve-se e comenta-se, seqencialmente, sucessivas etapas necessrias

para a construo de um microcosmo, buscando-se auxiliar outros autores naadequao de sua metodologia cientfica.

MTODOS

Coleta de amostras de sedimentoA amostragem do sedimento envolve a coleta de uma mistura formada por gua

superficial, gua intersticial e sedimento. A escolha do mtodo e do material utilizado nacoleta depende do objetivo de cada estudo.


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Coletores tipo draga (fig. 1a, b e c) proporcionam maior rea de amostragem edevem ser utilizados quando no h a necessidade de preservao do perfil vertical dosedimento. No momento da coleta, esse equipamento causa intenso impacto mecnicosobre a amostra, provocando a mistura do sedimento e, consequentemente, adestruio da overlying water (fina camada de gua de poucos milmetros de

espessura sobre o sedimento) e a desestruturao das demais camadas do sedimento.Em geral, este procedimento de amostragem tem sido utilizada para coletar sedimentode ecossistemas continentais (PAMPLIN et al. 2005) ou da zona costeira ou ocenica(ANGONESI et al. 2006; BURRIDGE et al. 2006).

(a)

(b) (c)

Figura 1. Coletores de sedimento: (a) Tipo de Eckman; (b) Tipo de Petitepo e(c) Tipo van veen Grab.


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Em muitos estudos essencial a preservao da overlying water e da estruturavertical do sedimento (BERNARDELLO et al.2006; CASPER etal. 2003; MUNIZ, PIRES-VANIN 2005; MUNIZ et al. 2006; SILVA, RESENDE 2002). Neste caso, o coletor tipoKajac o equipamento mais indicado, como proposto por Ambhl & Bhrer (1975).Ele usa a fora da gravidade na descendente para penetrar no sedimento (fig. 2) e

permite a coleta de perfis verticais intactos, conhecidos como cores outestemunhos. Entre as vantagens oferecidas por esse tipo de coletor, destacam-se amanuteno do perfil vertical do sedimento, a obteno de dados em diferentesprofundidades atravs do fracionamento do sedimento e a viabilidade de se coletaramostras da interface gua-sedimento.

Figura 2. Coletor de sedimento tipo Kajac.

A desestruturao do sedimento acarreta em alteraes em sua organizao fsicavertical e modifica a distribuio de nutrientes, a concentrao de gua intersticial e dosgases e a distribuio de organismos. MONAGHAN e GIBLIN (1994) demonstraramexperimentalmente que o fluxo de nutrientes do sedimento para a coluna dgua de

amostras no desestruturadas menor, resultado da interao entre a overlying watere o sedimento.


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Na figura 3, observa-se duas situaes distintas que podem ocorrer em umecossistema aqutico e que influenciam a overlying water e a camada superior dosedimento. Nos ecossistemas lacustres profundos sujeitos a alta variao detemperatura ao longo do ano, a alta incidncia dos raios solares no vero causa aestratificao trmica da coluna dgua, ocasionando um gradiente de produo,

nutrientes e oxignio (fig. 3A). A camada superior da coluna dgua apresenta-se maisaquecida e com menor densidade (epilmnio). Na camada profunda, o hipolmnio,observa-se menor temperatura e maior densidade. Enquanto a atividade respiratria dosorganismos planctnicos do hipolmnio no consome todo o oxignio disponvel, acamada superficial do sedimento (< 3 mm) mantm-se estruturada e oxigenada, devidoa reduzida turbulncia na coluna dgua (fig. 4). Com o decorrer do vero, o hipolmniotorna-se anaerbico. A reduo da temperatura no outono favorece a circulao dacoluna dgua (fig. 3B), e conseqente a oxigenao do hipolminio.

Figura 3. Estratificao trmica da coluna dgua resultado da maior absoro da radiao solarpelo epilmnio (A). Desestratificao da coluna dgua resultado da fora do vento e datemperatura constante da atmosfera (B).


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Nos ambientes lnticos tropicais profundos, verifica-se a tendncia deestratificao trmica durante todo o ano, pois a amplitude de variao da temperaturaao longo do ano baixa. Na presena de oxignio, o hipolmnio e a camada superior dosedimento exibem maiores taxas de mineralizao que as camadas anaerbicas (fig. 4).Em condies de anaerobiose, o carbono refratrio mais lentamente decomposto que o

lbil (HARVEY et al. 1995), havendo maior produo de NH4+

. SO4-2

e CH4. Contudo, agrande maioria dos ecossistemas aquticos tropicais raso e a fora do vento capazde desestruturar a estratificao trmica da coluna dgua mantendo-a homognea.

Figura 4. Mineralizao da matria orgnica e perfil vertical da concentrao de oxignio emsedimento orgnico.

*Modificado de Carmouza (1994) e Leal et al. (2005).

Experimentos em microcosmosEm funo do objetivo do experimento, faz-se necessrio efetuar previamente a

aclimao das amostras de sedimento. Um modelo de aclimao est representado nafigura 5. Este modelo til quando se deseja avaliar, por exemplo, o efeito de algumcomposto, fonte de carbono, interao trfica ou nutriente sobre a atividade damacrofauna ou a influncia da bioturbao na ciclagem de nutrientes, variando ou noas condies de luz, temperatura, oxigenao e nutrientes. A aclimao necessriapois os resultados dos experimentos so obtidos a partir de um gradiente deconcentrao (concentrao final concentrao inicial). Portanto, o microcosmorepresenta uma estimativa indireta da atividade dos organismos bentnicos.


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Figura 5. Aclimatizao do sedimento (cores) coletados com coletor tipo Kajac. A interfacesedimento-gua e principalmente a estrutura vertical do sedimento so mantidasintactas. A temperatura e a oxigenao da gua podem ser controladas.

Na aclimao, sub-amostras do sedimento coletado (cores) so acondicionadas emrecipientes no laboratrio e mantidas submersas em gua do ambiente. Com o intuito deevitar a influncia de outros organismos no resultados obtidos, deve-se filtrarpreviamente a gua coletada em filtros GF/C ou preferencialmente GF/F. A circulao dagua presente no interior de cada tubo garantida por um sistema de homogeneizao,o qual deve funcionar reduzida velocidade (45 a 50 rpm) e ser instalado, no mnimo, a15 cm acima do sedimento (ver GRANLI 1979 a, b; FUKUHARA, SAKAMOTO 1987,1988; SVENSSON, LEONARDSSON 1996; LEAL et al. 2007). A extremidade superiordo core mantida aberta (12 horas) para favorecer a troca de gua entre o meiointerno e externo at o inicio do perodo de incubao. Para cada tipo de experimento estabelecido um protocolo de incubao e a aclimao garante a disponibilidade deoxignio para a biota presente no sedimento.

Outro procedimento a induo de fluxos contnuos de ar e ou gua pelo interiordos cores, por meio de um sistema de mangueiras, possibilitando sua oxigenaoconstante, assim como uma suave homogeneizao na coluna dgua (figura 6). Aoxigenao da coluna d gua de fundamental importncia em experimentos comdurao superior a 12 horas, principalmente se as amostras foram oriundas desedimentos orgnicos e a temperatura de incubao for superior a 20 C. Aconcentrao de oxignio no interior das amostras no deve ser inferior a 15% de

saturao, equivalente a 1,8mg de O2 l-1

a

20C.Valores inferiores a esses causamalteraes na atividade da fauna bentnica.


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Figura 6. Modelo de fluxo contnuo para homogeneizao na coluna dgua em amostras desedimento coletadas com amostrador tipo Kajac.

Este sistema permite no apenas a coleta de amostras da gua, mas tambm doheadspace e utilizado quando se deseja estabelecer o fluxo de gases ou denutrientes entre o sedimento e a coluna dgua ou apenas de gases entre a coluna

dgua e o headspace, representando a atmosfera.Para a determinao do fluxo entre o sedimento e a coluna dgua, so

comparados os valores obtidos no incio da incubao (ps-fluxo) e os valores obtidosno final da (DALSGAARD et al. 2000), usando-se a frmula:

Fluxo = ([Cf-Ci].v)/a*t

Onde: Cf-concentrao final; Ci- concentrao inicial; v- volume de gua(overlying water) no tubo (litros); a- rea do tubo (m2) et- tempo de incubao (horas).

Os dois procedimentos permitem o estabelecimento de condies mnimas ehomogneas para o desenvolvimento de experimentos, tais como temperatura,concentrao de oxignio dissolvido e de nutrientes. Desta forma, garante-se umaconjuntura experimental inicial similar entre todos os tratamentos e as rplicas,minimizando o efeito de possveis condies iniciais diferenciadas nas amostras sobre oresultado final. A partir deste ponto, possvel adicionar os organismos da faunabentnica, seguindo o protocolo desenhado para o experimento.


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CONSIDERAES FINAIS

Invertebrados bentnicos representam um importante componente dosecossistemas lacustres, resultado de sua atividade propriamente dita e de sua interao

com as demais espcies e, em muitos ecossistemas, so o principal estoque de matriae energia.

Devido ao fato de colonizarem obrigatoriamente o sedimento, esses organismosencontram-se diretamente expostos aos impactos derivados da ao humana, pois osedimento um compartimento que reflete, acumula e sintetiza as atividades no entornoe no prprio ecossistema aqutico.

fato que o tamanho de um microcosmo tem influncia sobre os resultadosobtidos nos experimentos (GASTON, TRAVIS 1992; RUTH et al. 1994) e no nos possvelcopiar, em escala reduzida, as condies presentes na natureza. Portanto, osresultados obtidos a partir de microcosmos devem ser examinados com cuidado. As

reprodues experimentais representam apenas uma simulao dos fenmenos reais. Aabordagem experimental em laboratrio oferece a oportunidade de examinarmos o efeitode vrios parmetros, individualmente ou em combinao, com alta replicabilidade,uniformidade, rapidez e baixo custo. In situ a capacidade em determinarmos quefatores so determinantes e que fatores so secundrios limitada, pois todos ocorremsimultaneamente.


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REFERNCIAS

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Coleta de Sedimento Metodologia p Avaliacao Experimental Atividade Fauna Bentonica1