Ecologia II: Ecossistemas fluviais. Manuela Abelho 2012

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1 Ecologia II: Ecossistemas fluviais Manuela Abelho 2012

2 4.1. Introdução 4.ECOLOGIA FLUVIAL 2

3 Ecologia fluvial Estrutura do ecossistema Inter-relações de 3 componentes: Comunidade biológica Recursos materiais e energéticos Habitat físico Pode descrever-se em função da dominância ecológica, da diversidade de espécies ou das cadeias alimentares Funcionamento do ecossistema Conjunto de processos biológicos, físicos e químicos que controlam o fluxo de matéria e energia através do ecossistema 3

4 Grupos funcionais Classificação dos organismos que relaciona a componente biológica com os processos de fluxo energético Os membros de cada grupo funcional realizam um processo similar: Produtores primários (perifíton, fitoplâncton, macrófitas): fixam a energia do sol Fungos e bactérias: decompõem a matéria orgânica Consumidores (invertebrados e peixes): utilizam a energia acumulada pelos grupos anteriores 4

5 Fontes de energia nos cursos de água Consumidores secundários Carnivorismo Transferência da energia: Autotrófica Heterotrófica Quimiotrófica Consumidores primários Herbivorismo Senescência Detritivorismo Produção primária Produção primária autóctone Fotossíntese alóctone Matéria orgânica dissolvida Água subterrânea 5

6 Fontes autotróficas de energia Matéria orgânica de origem autóctone, proveniente da produção primária dentro do rio ou do ribeiro Perifíton Em todas as superfícies que recebam luz suficiente Principalmente diatomáceas Fitoplâncton Apenas nos rios grandes, com pouco declive e corrente fraca Macrófitas Mais abundantes nos rios de tamanho médio e ao longo das margens dos rios grandes Biofilme Camada escorregadia em todas as superfícies dentro de água Matriz de polissacarídeos com enzimas e hifas de fungos, bactérias, algas e cianobactérias 6

7 Biofilme Matriz produzida pelos microrganismos Habitada por protozozoários e micrometazoários que comem este material Entradas heterotróficas: matéria orgânica dissolvida (DOM), coloidal (COM) e fina (FPOM) Entradas autotróficas: fotossíntese das algas Dentro da matriz, existem enzimas e outros produtos extracelulares libertados pelos microrganismos ou resultantes da morte das células Estes são retidos devido às baixas taxas de difusão e são usados por outros microrganismos DOM - COM - FPOM Matriz de polissacarídeos com bactérias, enzimas, hifas e cianobactérias Substrato Luz Algas 7

8 Macrófitas Plantas vasculares Angiospérmicas aquáticas Plantas não vasculares Briófitas (musgos) Algas macroscópicas Algas filamentosas visíveis a olho nú Emergentes, de folhas flutuantes, flutuantes livres e submersas Pouco consumidas quando vivas; a maior parte entra no compartimento dos detritos, para ser decomposta pelos microrganismos e consumida pelos detritívoros 8

9 Fitoplâncton Algas, protistas e cianobactérias Só ocorre nos rios de águas lentas das terras baixas e em zonas com macrófitas Diatomáceas são dominantes na maior parte dos rios Abundâncias mais elevadas Primavera e Verão Cianobactérias podem formar na blooms durante o Verão 9

10 Fontes heterotróficas de energia Matéria orgânica particulada grossa (CPOM) > 1mm Folhas, restos de macrófitas, troncos e ramos, frutos, flores, pólen, fezes e carcaças de animais Fontes alóctones > em ribeiros de floresta, geralmente em pulsos sazonais Fontes autóctones importantes localmente Matéria orgânica particulada fina (FPOM) 1 mm-0.5 mm Decomposição da CPOM, fezes de consumidores, microrganismos, floculação e adsorção de DOM, células de algas e de biofilme, manta morta e solo das florestas Matéria orgânica dissolvida (DOM) < 0.5 mm Água subterrânea, escorrência sub-superficial e superficial, lixiviação de detritos de origem terrestre, chuva, libertação extracelular de lixiviados de algas e de macrófitas Principais entradas: água subterrânea e lixiviação de detritos durante o Outono 10

11 Decomposição da folhada Lixiviação, condicionamento e fragmentação (Kaushik & Hynes, 1971) 11

12 Fases da decomposição da folhada 1.Lixiviação perda de compostos solúveis que ocorre durante as primeiras 48 horas de imersão 2.Condicionamento colonização por microrganismos decompositores, principalmente fungos, que se alimentam do material foliar promovendo o seu amolecimento e contribuem para o seu enriquecimento em nutrientes, principalmente azoto 3.Fragmentação biótica - ocorre por intermédio da alimentação de macroinvertebrados trituradores que ao comerem a folha provocam a sua fragmentação 4.Fragmentação abiótica - ocorre por acção da corrente, principalmente depois de a folha estar mais macia (mais frágil) devido ao condicionamento 12

13 Decomposição da matéria orgânica CPOM, principalmente folhas das árvores da vegetação ripícola Explicada pelo modelo exponencial negativo (Webster & Benfield, 1986): M M M - k : taxa Taxa de decomposição - k dia -1 t t i M t ie k : massa : massa inicial de decomposição (por dia) t : tempode imersão restanteno tempot na água 13

14 A taxa de decomposição da matéria orgânica depende de: Características físico-químicas das folhas Concentração de nutrientes Presença de metabolitos tóxicos ou de sabor desagradável Presença de uma cutícula cerosa Dureza, etc. Características físico-químicas da água Concentração de nutrientes dissolvidos ph Temperatura Velocidade da corrente, etc. Actividade dos microrganismos decompositores Actividade alimentar dos detritívoros 14

15 Grupos funcionais de macroinvertebrados Grupo funcional Alimento Triturador (shredder) Filtrador (filterercollector) Colector (collectorgatherer) Raspador (grazer) Predador (predator) CPOM e microrganismos associados (fungos); macrófitas FPOM e microrganismos associados (bactérias) FPOM e microrganismos associados (bactérias) Perifíton (diatomáceas) e biofilme Outros animais Mecanismo de alimentação Trituração/ mastigação Filtram a água recolhendo FPOM em suspensão Recolhem FPOM depositada Raspam as superfícies Perfuram ou mordem as presas 15

16 4.2. Funcionamento biológico: grupos funcionais 4.ECOLOGIA FLUVIAL 16

17 Trichoptera com casulo Exemplos de trituradores (consumidores de CPOM) Crustacea Plecoptera Diptera (Família Tipulidae) Família Athyidae 17

18 Exemplos de filtradores (consumidores de FPOM em suspensão) Bivalves Diptera (Família Simuliidae) Trichoptera (Família Hydropsychidae) 18

19 Exemplos de colectores (consumidores de FPOM depositada) Oligochaeta Trichoptera com casulo Diptera (Família Chironomidae) 19

20 Exemplos de raspadores (consumidores de biofilme/perifíton) Gastropoda Ephemeroptera 20

21 Exemplos de predadores (consumidores de outros animais) Sanguessugas (Hirudinea) Ninfas de libelinha (Odonata) Imagos de Coleoptera e.g. Família Dytiscidae Hemiptera 21

22 Cadeias alimentares: os consumidores de CPOM CPOM FPOM Abrasão física, actividade microbiana (fungos) e invertebrados trituradores DOM e CO 2 Lixiviação química, excreção e respiração microbiana Muito do carbono original entra no compartimento da FPOM como fezes e material fragmentado 22

23 Cadeias alimentares: os consumidores de FPOM Fragmentação de CPOM e arrastamento dos solos Floculação de DOM, microrganismos, fezes e células do perifíton Alimentação de FPOM por filtração de partículas em suspensão (filtradores) e depositadas (colectores) 23

24 4.3 Zonação 4. ECOLOGIA FUNCIONAL 24

25 Classificação de Huet cada zona fluvial é definida por uma espécie piscícola principal e por uma lista de espécies associadas Zona da truta espécies associadas: góbio (Cottus gobio) e vairão (Phoxinus phoxinus) Cursos de água com declive acentuado e corrente forte, leito rochoso e pedras roladas, profundidade baixa, água fria e bem oxigenada cuja temperatura não excede 20ºC Zona do barbo espécies associadas: outros ciprinídeos reófilos (gostam de corrente forte); os salmonídeos são substituídos por outros predadores como enguia e lúcio Cursos de água com declive moderado onde alternam rápidos e remansos, com dominância dos remansos Zona da carpa dominada por ciprinídeos de águas lentas: carpa (Cyprinus carpio), pimpão (Carassius auratus) e tenca (Tinca tinca), associados a outros ciprinídeos de águas lentas, enguia e lúcio Troços baixos dos rios em terras planas, corrente lenta e uniforme, temperaturas estivais elevadas e águas frequentemente turvas e profundas 25

26 Classificação de Illies e Botosaneanu as zonas fluviais são definidas com base em critérios mais universais Crenon Troços de nascente e pequenos ribeiros; águas frias todo o ano com oscilações térmicas muito pequenas; leito de largura <2m Rhithron Rios de montanha com temperatura média estival 20ºC; corrente rápida e caudal geralmente pequeno. Substrato grosseiro; apenas se acumula material fino nas zonas de remanso. Leito entre 2 e 30 m de largura Potamon Troços baixos com temperatura média estival >20ºC, corrente fraca e homogénea, substrato fino 26

27 O Conceito do Rio Contínuo (Vannote et al., 1980) As folhas e outra matéria orgânica particulada podem ser muito importantes num ribeiro pequeno de floresta, enquanto as algas podem ser mais importantes em segmentos onde o leito do rio recebe elevada intensidade luminosa O Conceito do Rio Contínuo é um modelo desenvolvido por 5 investigadores americanos e publicado em 1980 Descreve as alterações que ocorrem longitudinalmente num rio, nas dimensões mas principalmente na ecologia: alteração das principais fontes de energia e consequente alteração das comunidades de organismos 27

28 NASCENTE (montante) Troços altos Troços médios Troços baixos FOZ (jusante) 28

29 Troços altos (ordem baixa) Declive acentuado, leito estreito, corrente forte e substrato grosseiro Sombreados pela vegetação ripícola + oligotróficos fotossíntese limitada às algas (diatomáceas) do perifíton Principal fonte de energia: folhas/outra CPOM da vegetação ripícola (matéria orgânica de origem alóctone) Principalmente heterotróficos razão baixa fotossíntese/respiração (F/R<1) Macroinvertebrados mais abundantes: trituradores (consumidores de CPOM) e colectores/filtradores (consumidores de FPOM) Peixes de águas frias e bem oxigenadas: salmonídeos 29

30 Troços médios (ordem média) Leito mais largo; substrato formado por gravilha e pedras roladas Menor sombreamento e menor contribuição de CPOM; luz solar suporta uma produção significativa de perifíton Principal fonte de energia: algas, macrófitas nas margens e FPOM (proveniente das fezes/decomposição da CPOM de montante) Razão elevada fotossíntese/respiração (F/R>1) Macroinvertebrados mais abundantes: raspadores (consumidores de perifíton/algas/macrófitas) e colectores/filtradores (consumidores de FPOM) Os peixes toleram temperaturas mais elevadas e menor concentração de oxigénio; barbos, lúcios e enguias 30

31 Troços baixos (ordem alta) Vales muito abertos, podem ter meandros; leito mais largo e corrente fraca; substrato formado por sedimentos finos; água turva e profundidade 2-3 m A vegetação ripícola não limita a penetração da luz, que é limitada pela turbidez da água Principal fonte de energia: FPOM, algum fitoplâncton; macrófitas limitadas às margens Razão fotossíntese/respiração baixa (F/R<1) Macroinvertebrados menos abundantes; principalmente colectores (consumidores de FPOM) e filtradores (podem consumir também plâncton) Zooplâncton (consumidores de fitoplâncton) Os peixes toleram baixas concentrações de oxigénio; ciprinídeos 31