A vida biológica depende fortemente das características da qualidade da água, influenciando-a também.

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1 BIOLOGIA AQUÁTICA A vida biológica depende fortemente das características da qualidade da água, influenciando-a também. Por essa razão: as espécies e as populações dentro de cada comunidade aquática são indicadores de qualidade da água Origem dos organismos aquáticos Factores que afectam o crescimento Dinâmica das populações Estrutura trófica MQAgua - 70

2 Origem dos organismos aquáticos Originários no meio, porque a água é o seu habitat Não originários do meio, mas para lá conduzidos, como é o caso dos organismos patogénicos MQAgua - 71

3 Factores que afectam o crescimento Constituição dos microrganismos: matéria orgânica, carbono, oxigénio, hidrogénio, azoto e fósforo Produção de novas células exige disponibilidade daqueles elementos em fórmula adequada à assimilação. logo, em cada curso de água desenvolver-se-ão, as espécies cujas condições de habitat estejam estabelecidas nesse curso de água MQAgua - 72

4 Factores que afectam o crescimento (cont.) Cada espécie terá as suas necessidades específicas tipo e quantidade de alimento ou substrato; condições ambientais; ph; Temperatura; Luz; Outras. Se existir grande diluição as quantidades de elementos essenciais disponíveis (mg/l ou µg/l) são pequenas; regista-se limitação no crescimento de cada espécie; estabelece-se um determinado equilíbrio biológico; No entanto, se se registarem aumentos de concentrações de elementos essenciais gera-se, ou pode gerar-se, aumento de crescimento e consequente alteração do equilíbrio biológico entre as espécies MQAgua - 73

5 Dinâmica das Populações É condicionado pelo: tipo de substrato disponível; condições ambientais específicas; concentração de substâncias químicas que limitam o crescimento por espécie. MQAgua - 74

6 Dinâmica das Populações Cursos de água e Lagos não poluídos o EQUILÍBRIO BIOLÓGICO apoia-se em várias espécies com poucos indivíduos em cada. população com diversidade elevada indicador de grande estabilidade comunitária Cursos de água e Lagos poluídos Diversidade baixa porque resiste um número limitado de espécies, com número elevado de indivíduos por espécie, traduzindo-se naturalmente em menor estabilidade. A diversidade traduzida por nº espécies / nº de indivíduos total é um importante indicador da qualidade da água. MQAgua - 75

7 Dinâmica das Populações a variabilidade dos meios aquáticos que se traduz em alterações de concentração dos substratos, dos constituintes ou de outras condições devidas, por exemplo, a variações sazonais, impõe a alteração do nº de espécies presentes de acordo com a respectiva capacidade de adaptação, logo a diversidade; a competição por recursos limitados; a acção dos predadores. Estabelece: a Dinâmica das populações o Equilíbrio entre as espécies na comunidade biológica MQAgua - 76

8 ECOSYSTEM ECOSYSTEM COMMUNITY PHYSICAL ENVIRONMENT MQAgua - 77

9 ECOSYSTEM Consists of a community and its physical environment. The non-living (abiotic) components of an ecosystem include air, water and soil. Ecosystem scientists seek to study the physics and chemistry of how energy flows and nutrients cycle. Among the practical problems that they address are global warming and pollution. MQAgua - 78

10 ECOSYSTEM Matter and energy are continually moving from the physical environment through living things and back into the physical environment. Energy flows. Matter recycles. MQAgua - 79

11 ECOSYSTEM The muscle you move when you blink is powered by the energy you borrowed from a plant or animal that in turn got it from the sun. It is now dissipated in the form of low grade heat; no longer to be used by another living or non-living thing. MQAgua - 80

12 ECOSYSTEM Each breath you take is a reminder of the fact that matter cycles. The oxygen you take from the air is combined with the carbon you got from a plant or animal and put back into the air. MQAgua - 81

13 TROPHIC STRUCTURE Trophic structure is the pattern of movement of energy and matter through an ecosystem. It is the result of compressing a community food web into a series of trophic levels. MQAgua - 82

14 Estrutura Trófica Baseia-se nos aspectos de nutrição de um sistema ecológico. Reacção Bioquímica Produção de microorganismos (novas células), (desde que as condições adequadas ao crescimento sejam satisfeitas). MQAgua - 83

15 Estrutura Trófica Os processos que envolvem transformações de compostos de carbono, principal constituinte da matéria orgânica e por isso elemento chave, dividem-se em: fotossíntese - produção de matéria orgânica (novas células) e de oxigénio, usando C inorgânico e outras substâncias químicas e, como fonte de energia, a luz solar CO 2 + H 2 O + energia (CH 2 O)n + O 2 respiração - produção de CO 2, água e energia por utilização da matéria orgânica como substrato e de oxigénio (CH 2 O)n + O 2 CO 2 + H 2 O + energia MQAgua - 84

16 Estrutura Autotrófica Produtores Primários Os organismos capazes de desenvolver fotossíntese, formando novas células a partir de luz solar e substâncias inorgânicas, são produtores primários. Outros organismos utilizam-se deles num encadeamento denominado por cadeia trófica, que pela sua origem, se designa por AUTOTRÓFICA An organism capable of synthesizing its own food from inorganic substances, using light or chemical energy. Green plants, algae, and certain bacteria are autotrophs. MQAgua - 85

17 Estrutura Heterotrófica Decompositores há formas que libertam matéria orgânica para água por resíduos do seu metabolismo; determinadas bactérias assimilam os detritos e produzem novas formas assimiláveis por outras; os produtos finais incluem CO 2, outros produtos inorgânicos e sub-produtos orgânicos não biodegradáveis; Constituem a cadeia HETEROTRÓFICA An organism that cannot synthesize its own food and is dependent on complex organic substances for nutrition. MQAgua - 86

18 Estrutura Trófica A cadeia ou estrutura trófica é constituída pelos dois ramos: AUTOTRÓFICO sem necessidade de matéria orgânica como substrato fonte de energia a luz solar HETEROTRÓFICO utilização de matéria orgânica, derivada de uma cadeia autotrófica ou de outra origem. MQAgua - 87

19 Estrutura Trófica MQAgua - 88

20 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS As características físicas e químicas dos rios influenciam a biologia aquática actuando sobre a diversidade Diferentes características: entre rios; no mesmo rio, ao longo do seu percurso e ao longo do ano, terá de haver diversidade variável e variabilidade da qualidade da água nos meios hídricos naturais. MQAgua - 89

21 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS - ANÁLISE DE UM RIO DE MONTANHA TROÇO INICIAL pequena área drenante; área drenante florestada; caudais reduzidos; inclinação elevada, velocidade elevada; arraste de areias e de sedimentos; organismos predominantes fixados nas pedras; água sem turvação, temperatura baixa, matéria orgânica baixa (não há descargas de efluentes nem poluição difusa proveniente da agricultura); N e P baixo; fitoplancton reduzido, nº baixo de heterotróficos; diversidade média e comunidades pouco populosas MQAgua - 90

22 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS ANÁLISE DE UM RIO DE MONTANHA TROÇO MÉDIO (a caminho da planície) inclinação baixa; velocidade menor; maior profundidade e maior largura; descargas de efluentes e escoamento superficial (lixiviação) de zonas agrícolas (matéria orgânica, SST, N e P); deposição de sedimentos; maior crescimento de fitoplancton; maior população, porque existe mais biomassa; se biomassa aumenta, o O 2 dissolvido diminui, reduz-se o nº de espécies e diversidade menor. MQAgua - 91

23 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS ANÁLISE DE UM RIO DE MONTANHA TROÇO FINAL área de drenagem aumenta; escoamento quase lento; pode verificar-se influência da maré com variações de salinidade (em profundidade) e turvação elevadas (no caso do rio desaguar no mar); maior profundidade, implica menor penetração de luz nas camadas mais profundas, menor quantidade de autotróficos; Com o aumento da salinidade existe uma alteração significativa das espécies (reduzem-se as de água doce mas desenvolvem-se outras que são favorecidas pelo ambiente salino). Conforme aumenta a área da bacia hidrográfica drenante, diminui a qualidade da água MQAgua - 92

24 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS MEIOS LÓTICOS (Águas correntes) Os rios são meios LÓTICOS o que tem impacto na respectiva vida aquática dependendo se os organismos são: FIXOS - localizar-se-ão nas zonas onde sejam trazidos alimentos e os resíduos serão levados para jusante, isto é, exigem velocidade da água; PLANCTON - movimenta-se com a água, pelo que mais facilmente se multiplica até que se esgote o substrato. Lotic ecosystems are the ecosystems of rivers, streams and springs. Included in these environments are the biotic interactions (amongst plants, animals and micro-organisms) together with the abiotic interactions (physical and chemical). MQAgua - 93

25 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS MEIOS LÓTICOS (Águas correntes) Nos rios o crescimento é fundamentalmente heterotrófico porque: maior tempo de crescimento; turbulência inadequada ao estabelecimento de espécies de maior dimensão; maior quantidade de sedimentos implica aumento de turvação; são condições desfavoráveis aos autotróficos MQAgua - 94

26 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS MEIOS LÊNTICOS (Águas paradas) Os Lagos e Albufeiras são sistemas LÊNTICOS mas com indução de movimento por: afluência e efluência de caudais; vento; Força de Coriolis; correntes de densidade diferente; movimento verticais e horizontais provocadas por diversas causas. Isto é, velocidade que favorece deposição de sedimentos no fundo; e menos unidireccional que nos rios. MQAgua - 95

27 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS MEIOS LÊNTICOS (Águas paradas) Nas camadas superficiais a turvação é menor o que favorece o crescimento fotossintéctico. Nas camadas inferiores haverá (-) fotossíntese; (+) reacções envolvendo organismos heterotróficos; (+) matéria orgânica. O Resultado Final, Gradual acumulação de organismos, matéria orgânica e nutrientes na massa global da água do lago. MQAgua - 96

28 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS MEIOS LÊNTICOS (Águas paradas) Gradual acumulação de organismos, matéria orgânica e nutrientes na massa global da água do lago. EUTROFIZAÇÃO (Eutrophication) por falta de controlo, a entrada anormal de nutrientes durante períodos longos acelera processos metabólicos e provoca o desequilíbrio; por crescimento descontrolado especialmente de plantas verdes (autotróficos). Natural eutrophication is the process by which lakes gradually age and become more productive. It normally takes thousands of years to progress. However, humans, through their various cultural activities, have greatly accelerated this process in thousands of lakes around the globe. Cultural or anthropogenic "eutrophication" is water pollution caused by excessive plant nutrients. MQAgua - 97

29 LAGOS Estratificação Térmica Uma característica muito importante dos lagos e reservatórios profundos é a estratificação térmica em profundidade porque determina a qualidade da água. Profundidade (m) 0 inverno primavera verão Temperatura (ºC) MQAgua - 98

30 LAGOS - Estratificação Térmica Em LAGOS profundos distinguem-se as seguintes camadas: epilimnion água quente; organismos fotossintéticos. metalimnion ou termoclima hipolimnion água fria; diminuição de actividade fotossintética; aumento de matéria orgânica; diminuição de O 2 ; diminuição de diversidade. MQAgua - 99

31 BIOLOGIA AQUÁTICA NAS RESERVAS HÍDRICAS NATURAIS - LAGOS Estratificação Térmica No Outono, a temperatura atmosférica baixa e a temperatura das camadas superficiais dos lagos também baixa, aumentando a densidade. As camadas mais profundas mantêm temperatura mais alta e densidade menor. O efeito do vento é suficiente para provocar um movimento ascensional de inversão das camadas e consequente alteração da qualidade de água: água com défice de oxigénio; concentrações elevadas de nutrientes à superfície; favorece o crescimento de algas, logo alteração da diversidade. Nota: Muito importante no caso de origem para abastecimento. MQAgua - 100

32 EUTROFIZAÇÃO A Eutrofização pode ser definida como o excessivo crescimento de espécies vegetais (produção primária) no meio aquático para níveis em que se considere que afecte a utilização normal e desejável da água. MQAgua - 101

33 EUTROFIZAÇÃO Principais Consequências As principais consequências que podem interferir com o uso pretendido da água são os seguintes: grandes variações diárias do OD que podem resultar em níveis de muito baixos nos períodos nocturnos com o consequente desaparecimento de certas espécies de peixes; o excesso de fitoplancton provoca o aumento da sedimentação desta matéria orgânica no fundo de lagos e albufeiras com a consequente formação de sedimentos orgânicos que contribuem para a redução do OD para níveis muito baixos no hipolimnio; diminuição da transparência da água; MQAgua - 102

34 EUTROFIZAÇÃO Principais Consequências (cont.) complicação nos processos de tratamento das águas para a distribuição de água potável: sabor e odor desagradáveis; produção de algas filamentosas que obrigam à redução dos períodos de lavagem dos filtros; proliferação das plantas aquáticas que constituem um obstáculo à pratica da navegação de lazer; degradação da qualidade da paisagem; Incómodo para o banho; Algumas vezes associado a processos de eutrofização está a proliferação de algas tóxicas que em zonas costeiras afectam bivalves que se forem consumidos dão origem a intoxicações graves que afectam o sistema nervoso central. MQAgua - 103

35 EUTROFIZAÇÃO Estado Trófico de Lagos Uma massa de água pode ser caracterizada pelo seu estado trófico, isto é o seu grau de eutrofização. MQAgua - 104

36 EUTROFIZAÇÃO Processos Básicos da Eutrofização MQAgua - 105

37 EUTROFIZAÇÃO Principais componentes dos Nutrientes MQAgua - 106

38 EUTROFIZAÇÃO Principais Fontes de Nutrientes águas residuais domésticas; águas residuais industriais; águas lixiviantes de terrenos agrícolas e florestais; águas pluviais de zonas urbanas e suburbanas; precipitação atmosférica. MQAgua - 107

39 EUTROFIZAÇÃO Cargas Médias de Nutrientes Sistemas de drenagem de águas residuais domésticas: Fontes difusas de Poluição: MQAgua - 108

40 EUTROFIZAÇÃO Limitação de Nutrientes MQAgua - 109

41 EUTROFIZAÇÃO Limitação de Nutrientes (exemplo) P = min {N/a n ; p/a p } em que N = azoto disponível [M/L3]; a n = rácio azoto/clorofila [M/L3]; p = fósforo disponível [M/L3]; a p = rácio fósforo/clorofila [M/L3]. MQAgua - 110

42 EUTROFIZAÇÃO Limitação de Nutrientes Zonas de Controlo do N e do p MQAgua - 111