Influência da hidrodinâmica no metabolismo de lagos rasos

Abstract

Este trabalho parte da hipótese que a hidrodinâmica influencia o metabolismo de um lago. Para testar esta hipótese, este estudo utilizou uma estratégia numérica baseada em processos para avaliar o efeito da hidrodinâmica (governada pelo vento) sobre as estimativas de metabolismo (GPP, NEP e R) considerando a heterogeneidade espacial da lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical na costa sul do Brasil. O efeito da hidrodinâmica dominada pelo vento no metabolismo foi avaliado pela mudança da série de vento original (direção e intensidade), totalizando cinco novos cenários de vento. A avaliação espacial foi desenvolvida em quatro áreas (Norte, Centro, Sul e a lagoa como um todo) e em zonas biológicas (zona limnética e zona litorânea). Os resultados indicaram que há diferenças nas estimativas de metabolismo (GPP, NEP e R) entre as regiões da lagoa Mangueira considerando a situação com a série de vento original. Em geral, a diferença média nas estimativas de metabolismo entre a região Norte e a região Sul foi de 3,81 mgO2/m³/dia (p-value<0,05) para o GPP, 3,32 mgO2/m³/dia para R (p-value<0,05) e 0,49 mgO2/m³/dia (p-value<0,05) para NEP. A diferença entre a zona litorânea e a zona limnética na lagoa Mangueira como um todo foi de 10,1 mgO2/m³/dia para GPP, para R foi de 1,3 mgO2/m³/dia e para NEP foi de 8,8 mgO2/m³/dia. O metabolismo geral da lagoa também apresentou variações sazonais, alternando entre períodos autotróficos (NEP>0, em 41,0 % do tempo) e períodos heterotróficos (NEP<0, em 59,0 % do tempo). As estimativas de metabolismo da Lagoa Mangueira e nas regiões delimitadas se mostraram sensíveis a alterações no vento. Cada área delimitada apresentou resposta diferente às alterações nas séries de vento. Os cenários de vento testados mostram que a hidrodinâmica causa diferenças significativas no metabolismo da Lagoa Mangueira. O balanço de oxigênio neste ecossistema foi influenciado pela taxa de reaeração, pela produção primária e pela respiração do fitoplâncton. Os outros processos considerados no balanço de oxigênio não demonstraram contribuições importantes para o metabolismo geral do ecossistema.

The hypothesis of this work is that hydrodynamics can alter the lake metabolism. To evaluate this hypothesis this study used a process-based strategy for evaluating the effect of wind-driven hydrodynamics on estimates of lake metabolism (GPP, R, and NEP) considering the spatial heterogeneity in Lake Mangueira, a subtropical grate lake in southern coast of Brazil. The effect of wind-driven hydrodynamics over the lake metabolism was evaluated by changes in the original wind series (direction and intensity), totalizing five new sets of wind scenarios. The spatial evaluation was carried in four different areas (North, Center, South, and the lake as a whole) and in two different biological zones (littoral zone and limnetic zone). Our findings indicate that there are differences on estimates of lake metabolism between the four areas taking into account the original wind time series. In general, the differences on lake metabolism estimates between the Norte region and the South region was 3.81 mgO2/m³/day (p-value<0,05) for GPP, 3.32 mgO2/m³/day (p-value<0,05) for R, and 0.49 mgO2/m³/day (p-value<0,05) for NEP. The difference between the littoral zone and the limnetic zone in the Lake Mangueira as a whole was 10.1 mgO2/m³/day for GPP, 1.3 mgO2/m³/day for R, and 8.8 mgO2/m³/day for NEP. The overall lake metabolism also presented seasonal variations, alternating among autotrophic periods (NEP>0, 41.0% of the time), and heterotrophic periods (NEP<0, 59.0% of the time). Estimates of lake metabolism in Lake Mangueira as a whole were sensitive to changes in the wind time series. Each area showed different response to the changes in wind time series. The tested sets of wind scenarios showed that wind-driven hydrodynamics can significantly alter the Lake Mangueira metabolism estimates. The overall oxygen balance in this system was mostly influenced by reaeration, and by the primary production and respiration of phytoplankton. The other processes considered in the oxygen balance showed no significant contributions to the overall metabolism of the ecosystem.