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Type: Tese de Doutorado
Title: Uso de sensores de alta frequência para estimativas contínuas de metabolismo e monitoramento em lagos tropicais
Authors: Ludmila Silva Brighenti
First Advisor: Jose Fernandes Bezerra Neto
First Co-advisor: Peter Anton Staehr
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Francisco Antonio R Barbosa
Abstract: Resumo: Com os avanços tecnológicos, equipamentos para monitoramento remoto capazes de coletar e armazenar dados em alta frequência têm se tornado cada vez mais comuns. Essa nova tecnologia disponibiliza maiores detalhes em propriedades físicas, químicas e biológicas dos ecossistemas, conferindo refinamento das escalas de estudo e robustez aos dados. No entanto, a despeito da abundância e das peculiaridades dos ecossistemas lacustres tropicais, estudos de monitoramento contínuo nestes ambientes são escassos. Neste contexto, o objetivo desta tese foi investigar o potencial do monitoramento ambiental através do uso de sensores de alta frequência automatizados para estudos da dinâmica do metabolismo e da estrutura térmica de dois lagos tropicais, Carioca e Dom Helvécio (DH), localizados no Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais. Dados de boias de monitoramento contínuo instaladas nos dois lagos de maio de 2011 a dezembro de 2012 foram utilizados para comparar a estrutura térmica e o metabolismo destes ambientes. O desempenho de sete equações utilizadas para estimar as taxas metabólicas, a partir da variação do oxigênio dissolvido (OD) foi avaliado e os modelos que consideraram a fotoinibição para o cálculo da produção primária bruta apresentaram o melhor desempenho de acordo com o critério de informação de Akaike (AIC). Os dois anos de estudo apresentaram grande discrepância em relação à pluviosidade. Em 2011, os dados de precipitação foram aproximadamente 5 vezes mais elevados que em 2012 e a temperatura do ar foi em média 1,2ºC mais baixa. Um aumento da temperatura da água foi notado até nas camadas mais profundas e foi seguido de uma diminuição na profundidade da termoclina (2011 14,9 m; 2012 11,1 m; média de maio a dezembro) e de um período mais curto de mistura total da coluna dágua (2011 89 dias; 2012 51 dias) no lago maior, mais profundo e transparente e com menor concentração de matéria orgânica dissolvida colorida, o lago DH. As taxas de produção primária bruta (GPP) e respiração (R) foram duas vezes mais altas durante o período de mistura total dos dois lagos comparadas ao período de estratificação. As mudanças sazonais e de curto prazo nas taxas de GPP e R se mostraram negativamente corelacionadas a estabilidade da coluna dágua (GPP r = -0,82; p < 0,001; R r = -0,80; p < 0,001). Períodos de alta estabilidade e águas mais quentes reduziram a mistura e consequentemente a entrada de nutrientes proveniente de águas mais profundas e essas condições ocorreram na época de águas mais claras e maior disponibilidade de luz no epilímnio. Dessa forma, GPP foi substancialmente reduzida pela falta de nutrientes e pela fotoinibição. As taxas de GPP no ano mais seco e quente (2012) foram mais baixas em comparação com o mesmo período do ano anterior (2011), na Lagoa Carioca foi cerca de 40% abaixo e no Lago DH cerca de 15%. Essa redução indica respostas ecossistêmicas no ciclo do carbono de lagos tropicais às mudanças climáticas globais. Além disso, a maior sensibilidade do Lago DH evidencia a importância de se considerar a morfometria, transparência e concentração de carbono orgânico dissolvido do lago para o entendimento dos efeitos das mudanças climáticas em ecossistemas aquáticos.
Abstract: Abstract: With technological advances, equipment for remote monitoring of environments, able to collect and store high-frequency data, have become broad spread. This new technology offers greater detail on physical, chemical and biological properties of the ecosystem, providing refinement to the study scales and robustness to data. Although tropical aquatic ecosystems are very abundant on a global scale and have unique peculiarities, studies with continuous monitoring of O2 in these ecosystems are scarce. Therefore, this PhD thesis aims to investigate the potential of environmental monitoring using high-frequency automated sensors to study metabolism and thermal structure dynamics of two tropical lakes, Carioca and Dom Helvécio (DH), located in Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais, Brazil. Data from continuous monitoring buoys installed in these two lakes from May 2011 to December 2012 were used to compare the thermal structure and metabolism of these environments. The performance of seven equations used to estimate the metabolic rates from the variation of dissolved oxygen (DO) was evaluated and the models that considered photoinhibition for calculating gross primary production showed the best performance according to the Akaike Information Criterion (AIC). The two years studied showed a large discrepancy in relation to rainfall. In 2011, precipitation was approximately 5 times higher than in 2012 and the air temperature was on average 1.2°C lower. An increase in water temperature was noticed even in deeper layers and was followed by a decrease in the depth of the thermocline (2011 14.9 m; 2012 to 11.1 m , mean May-December) and a shorter full-mixing period (2011 - 89 days; 2012 - 51 days) in the deeper largest clear and with lower concentrations of colored dissolved organic matter lake, DH. Gross primary production (GPP) and respiration (R) rates were 2-fold higher during the fully-mixed winter periods compared to the summer periods. Seasonal changes and short-term variability in GPP and R were negatively linked to water column stability (GPP r = -0.82; p < 0.001; R r = -0.80; p < 0.001). Periods with high stability and warm waters reduced mixing and internal inputs of nutrient from hypolimnetic waters and these conditions occurred during periods with high mean light exposure in the upper mixed layer with clearer waters. Primary production was accordingly suppressed in both lakes during summer due to a combination of nutrient depletion and photoinhibition. GPP rates during the drier and warmer year (2012) were lower compared with the same period of the earlier year (2011), Carioca Lake was about 40% lower and DH about 15%. This indicates ecosystem responses in carbon cycling of tropical lakes to the ongoing regional climate changes. Additionally, the greater sensitivity of DH Lake highlights the importance of considering the morphometry, transparency and concentration of dissolved organic carbon to understand the effects of climate change on aquatic ecosystems.
Subject: Ecologia
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9MVL5S
Issue Date: 26-Feb-2014
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