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Type: Dissertação
Title: A redução de volume leva a um aumento nas taxas de produção primária e respiração em um lago tropical natural
Other Titles: Reduced water level leads to a high increase in gross primary production and respiration in a natural tropical lake
Authors: Elisa Aguiar Porto Viana
First Advisor: José Fernandes Bezerra-Neto
First Co-advisor: Ludmila Silva Brighenti
First Referee: Paula Campos Junqueira Reis
Second Referee: André Megali Amado
Abstract: Lagos são importantes centros de transformação de carbono e devido a isso, estão sujeitos aos efeitos das mudanças climáticas enquanto também são capazes de regulá-las. O metabolismo aquático é amplamente utilizado para monitorar os efeitos do clima nesses ecossistemas, uma vez que responde rapidamente a diversas alterações induzidas ou provocadas pelo clima. Sabendo disso, identificar e compreender as alterações na dinâmica da produção primária bruta (PPB), da respiração (R) e da produção líquida ecossistêmica (PLE) é crucial para melhor caracterizar as vulnerabilidades desses ambientes frente a diferentes distúrbios. O objetivo deste estudo foi comparar as mudanças físico-químicas, e nas taxas metabólicas de um lago tropical que perdeu cerca de 60% de volume nos últimos 10 anos. Acredita-se que a diminuição de volume pode levar a um aumento nas concentrações de nutrientes e de carbono, reduzindo a transparência e a disponibilidade de luz, influenciando as taxas metabólicas direta e indiretamente. Sendo assim, foram testadas as predições de que: i) as taxas de PPB e de R epilimnéticas aumentariam; e ii) o papel da sazonalidade no metabolismo epilimnético enfraqueceria devido as alterações físico-químicas induzidas pela perda de volume. Dois períodos distintos e duas estações (seca e chuva) foram utilizadas. O primeiro compreendeu os anos de 2011 e 2012 (P1) e o segundo compreendeu os anos entre 2017-2019 (P2), quando o lago apresentou um volume 60% menor que durante o P1. As taxas metabólicas foram estimadas utilizando dados de alta frequência e a técnica da modelagem inversa. Além disso, o fluxo atmosférico foi estimado utilizando 10 equações para entender o papel dos processos físicos nas estimativas do metabolismo. De uma forma geral, no P2 as concentrações de nitrogênio e fósforo total, clorofila-a, carbono orgânico dissolvido, sólidos totais em suspensão aumentaram e houve uma redução da disponibilidade de luz na camada de mistura. Tanto a PPB quanto a R aumentaram durante o P2 (40% e 38%, respectivamente). Enquanto a R variou sazonalmente e registrou os maiores valores na estação seca, a PBB foi semelhante na seca e na chuva, em contraste com o P1, onde ambas as taxas variaram de acordo com a estação, sendo maiores na estação seca. Com relação a PLE, enquanto durante o P1 o lago esteve próximo ao equilíbrio com a atmosfera (-0.18 ± 0.29 mmol O2 m-3 d-1; média ± erro padrão), no P2 houve uma troca entre autotrofia na chuva e heterotrofia na seca (6.44 ± 0.51 mmol O2 m-3 d-1 e -18.98 ± 1.81 mmol O2 m-3 d-1, respectivamente). Além disso, a diminuição do volume do lago no P2 tornou o tamanho da camada de mistura mais variável durante todo o período. Uma vez que processos físicos também afetam a oscilação do OD na água, a mudança na estabilidade da estratificação também contribuiu para as mudanças observadas nas taxas metabólicas. O metabolismo ecossistêmico mudou durante o período de seca hidrológica persistente e é provável que continue mudando em resposta às variações atuais e futuras no padrão pluviométrico e de temperatura.
Abstract: Lakes are important centers of carbon transformation, and due to that, are subjected to the effects of climate change, while they are also capable of regulating these changes. Aquatic metabolism is considered a good sentinel of climate, once the metabolic rates respond quickly to a series of alterations induced or caused by climate change. Therefore, identifying and understanding the alterations in lake gross primary production (GPP), respiration (R), and net ecosystem production (NEP) dynamics is vital to better characterize the vulnerabilities of these environments to natural and to human-induced disturbances. The study aimed at comparing the changes in physical, chemical, and, especially, in the dynamic and in the magnitude of metabolic rates of a tropical lake that lost about 60% of its volume in the last 10 years. It is believed that the decrease in volume can lead to an overall increase in nutrient and dissolved organic matter concentrations, reducing water transparency and light availability. These changes may influence metabolic rates directly and indirectly. Therefore, two predictions were assessed: i) epilimnetic PPB and R would increase; and ii) the role of seasonality in epilimnetic metabolism would diminish due to the physicochemical changes induced by water loss. Two distinct periods were sampled, the first one, between 2011-2012 (P1), and the second one, between 2017-2019 (P2), when the lake volume was ca. 60% lower than during P1. Each period was also evaluated between seasons (rainy and dry season). The metabolic rates were estimated using high-frequency measurements and the inversing modeling approach. Moreover, the atmospheric flux was calculated using 10 different equations to understand the role of physical processes in metabolic rates estimates. In general, during P2 there was an increase in concentrations of total nitrogen, total phosphorus, chlorophyll-a, dissolved organic carbon, total suspended solids, and a decrease in light availability in the upper mixed layer. Both GPP and R increased during P2 (40% and 38%, respectively). While R rates were different between seasons, with the highest rates registered during the dry season, GPP was similar in both dry and rainy seasons, contrasting with P1, when both rates responded to seasonality. In relation with NEP, during P1 the lake was close to atmosphere equilibrium (-0.18 ± 0.29 mmol O2 m-3 d-1; mean ± standard error), however, in P2 there was a switching between autotrophy during the rainy season and heterotrophy in the dry season (6.44 ± 0.51 mmol O2 m-3 d-1 e -18.98 ± 1.81 mmol O2 m-3 d-1, respectively). Moreover, the decrease in lake volume during P2 turned the mixed layer depth more variable during the entire period. Since the physical processes also affect the DO oscillation in the water column, the change in the stability of stratification also contributed to the changes observed in metabolic rates. The results of this study showed that ecosystem metabolism changed during the period of persistent hydrological drought, and it may continue to change in response to the ongoing variation in rainfall and temperature patterns.
Subject: Ecologia
Mudança climática
Oxigênio dissolvido
Carbono
Ecossistema metabolismo
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservacao e Manejo da Vida Silvestre
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/39071
Issue Date: 30-Aug-2021
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