Reguladores da dinâmica das comunidades planctônicas e íctica em ecossistemas límnicos subtropicais

Abstract

As comunidades mudam no tempo e espaço em função de pressões decorrentes da estrutura do habitat e disponibilidade de recursos. O entendimento das relações ecológicas e interações das comunidades são essenciais para o manejo com objetivo de melhorar a qualidade da água através de interferências na cadeia trófica aquática e na dinâmica do ecossistema através de modelagem ecológica. O presente estudo foi desenvolvido em dois sistemas límicos subtropicais no extremo sul do Brasil: banhados temporários (‘campos de cultivo de arroz’) e um grande lago raso, lagoa Mangueira. O objetivo do trabalho nos banhados temporários constituiu-se em avaliar a dinâmica das comunidades planctônicas e íctica durante o desenvolvimento desses ecossitemas (um ciclo produtivo de cultivo de arroz). Nossos resultados evidenciaram um claro gradiente temporal direcionado pela disponibilidade de nutrientes no banhado temporário. Entretanto, as variáveis limnológicas não apresentaram nenhuma tendência espacial entre as estações amostrais. Através de regressão linear verificou-se correlação positiva entre clorofila a, nutrientes, biomassa zooplanctônica e, em especial, biomassa de copépodos. Por outro lado, biomassa de peixes e, particularmente, peixes planctívoros foram inversamente relacionados à concentração de clorofila a. Relações significativas entre o DOC com nutrientes, biomassa de plâncton e peixes foram igualmente identificadas ao longo do ciclo produtivo do arroz. Na lagoa Mangueira, sistema raso (zmed 3m), de 90 km de comprimento, o objetivo foi avaliar a distribuição espacial e temporal de plâncton e peixes em função da presença da macrófita emergente Zizaniopsis bonariensis. Além disso, foi verificada a existência de um gradiente longitudinal na lagoa e a estrutura da teia trófica do sistema. Análise de componentes principais e análise de redundância evidenciaram a presença de gradientes espacial (Norte/Sul) e temporal (sazonal) durante o estudo. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada às variáveis ambientais evidenciou diferenças significativas entre os extremos da lagoa (Norte e Sul). Transparência Secchi, DOC e clorofila a foram significativamente diferentes entre os pontos amostrais do Norte e Sul. Através de ANOVA verificou-se que os efeitos temporais sazonais são mais intensos no Norte da lagoa Mangueira. Com relação à estrutura da comunidade na lagoa Mangueira, a biomassa do bacterioplâncton, clorofila a, biomassa zooplanctônica e captura de peixes foram diferentes sazonalmente após a extração do efeito da estrutura de habitat, enquanto que no Sul apenas a clorofila a apresentou variação sazonal significativa. A estrutura de habitat (junto à Z. bonariensis e em água aberta) induziu diferenças significativas na concentração de clorofila a tanto no Norte como no Sul da lagoa Mangueira, após a extração dos efeitos decorrentes da sazonalidade. A captura de peixes também foi influenciada pela estrutura de habitat no Norte, após a extração do efeito sazonal. Análise de similaridade (ANOSIM) aplicada à comunidade de peixes também demonstrou diferenças significativas entre o Norte e o Sul da lagoa Mangueira, embora diferenças entre as áreas vegetadas e águas abertas não tenham sido verificadas. Biomassa dos peixes, número de capturas e riqueza específica foram diferentes entre os pontos amostrais. Baseado nas razões de δ13C and δ15N identificou-se a estrutura trófica da lagoa, bem como a posição trófica de espécies de peixes e as fontes de carbono do sitema. Análise de isótopos estáveis de nitrogênio permitiu a identificação de dois níveis tróficos de peixes na lagoa Mangueira. Macrófitas emergentes e perifíton foram identificadas como importantes fontes de carbono que sustentam a estrutura trófica do sistema. Análise de grupamento a partir de dados de δ13C e δ15N e de conteúdo estomacal identificou um arranjo perfeitamente filogenético entre as espécies de peixes analisadas, refletindo que, em sentido amplo, nichos alimentares são compartilhados por espécies taxonomicamente relacionadas. A dinâmica trófica da espécie de peixe dominante na lagoa, Oligosarcus jenynsii foi também analisada. Foram identificadas mudanças sazonais e ontogenéticas na dinâmica alimentar da espécie, evidenciando a grande plasticidade trófica associada com uma estratégia oportunista, característica de espécies carnívoras generalistas. As informações obtidas neste estudo permitiram identificar grande heterogeneidade espacial e claro gradiente longitudinal na lagoa Mangueira, tanto de fatores bióticos quanto abióticos, com reflexos na distribuição e abundância de plâncton e peixes. De posse destas informações foi possível alcançar um entedimento sobre a estrutura atual do sistema, bem como os direcionadores da sua dinâmica. A abordagem direcionada neste trabalho sobre o entendimento da estrutura atual de um lago raso subtropical possibilita futuros estudos na área da modelagem ecológica. A dinâmica das comunidades abordadas neste estudo vem subsidiar a parametrização de um modelo ecológico, com capacidade de estabelecer prognósticos, tendo como contorno, estressores naturais e antrópicos.

Biological communities change in time and space following driving pressures from differences in habitat structure and resource availability. Understanding the ecological role and interactions within aquatic community is essential for any management action trying to improve water quality by interferences in lake food web, ecosystem dynamics and modeling. The present study was carried out in two freshwater systems in Southern Brazil: an irrigated rice field and in a large shallow system, Mangueira Lake. The goal of this study in temporary wetlands was to evaluate the plankton and fish dynamics during a productive cycle. Our results evidenced a temporal gradient by nutrients availability in the temporary wetland studied. However, the limnological variables did not display any horizontal pattern among sampling stations. Linear regression showed a positive relationship between chlorophyll a and nutrients, zooplankton biomass and copepod biomass. In contrast, fish biomass and planktivorous fish biomass were inversely related to chlorophyll a. Statistically significant relationships between DOC with nutrients, plankton and fish biomass were also identified during the rice production cycle. In Mangueira Lake, a shallow system (zmed 3m) and 90 km long, the goal was to evaluate the spatial and temporal distribution of plankton and fish biomass as a function of the presence of the emergent macrophytes Zizaniopsis bonariensis. We also analyzed the existence of longitudinal gradient in lake and the food web structure in system. The PCA and RDA analyses showed the temporal (seasonal) and spatial (North/South) gradient during the study. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to environmental variables showed significant differences between sampling sites (North and South). Secchi transparency, DOC and chlorophyll a were significantly different in North and South sampling sites. ANOVA results showed that season effects are stronger in the Northern sampling site. Concerning the community structure in the Mangueira Lake, bacterioplankton biomass, chlorophyll a, zooplankton biomass and fish captures were different seasonally after extracting the habitat structure effect, while in the Southern sampling site only chlorophyll a presented a seasonal significant variation. Habitat structure (by Z. bonariensis stands and open water samples) induced significant differences in chlorophyll a both in North and South samples after extracting seasonal effect. Fish captures do also responded to habitat structure in the North, after extracting the season effect. Analysis of similarity (ANOSIM) applied to fish community also showed significant differences between North and South, although no significant differences between vegetated and open water zones was observed. Fish biomass, number of captures, and richness were different between sampling sites. Based on the δ13C and δ15N ratios and analysis of stomach content of fish species, we provide also a description of food web structure, trophic positions of fish species and primary producers of system. Analysis of nitrogen isotope ratios yielded two fish trophic levels in Mangueira Lake. Emergent macrophytes and periphyton were important carbon source that sustain the food web structure of the system. Cluster analysis of δ13C and δ15N values and stomach content yielded a perfect phylogenetic arrangement of species. This result reflects that major feeding niches are shared by taxonomically related species. The feeding dynamics of the dominant fish species, Oligosarcus jenynsii was analysed by using analyses of stomach contents and stable isotopes signature. Seasonal and ontogenetic change in the feeding biology of O. jenynsii was identified, showing the high feeding plasticity, in addition to an opportunistic strategy of this generalist carnivore species. This study allows identifying a large spatial heterogeneity and clear longitudinal gradient both in biotic and abiotic factors, reflecting fish and plankton distribution and abundance. The evaluated parameters are intended to feed a mathematical model for the Mangueira Lake, looking for predictable scenarios from natural and anthropogenic stressors.