Fontes de energia nos cursos de água

Ecologia II: Ecossistemas fluviais
Manuela Abelho
2012
4.1. Introdução
4.ECOLOGIA FLUVIAL
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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
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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
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Fontes de energia nos cursos de água
Consumidores secundários
Carnivorismo
Transferência da energia:
Autotrófica
Heterotrófica
Quimiotrófica
Consumidores primários
Herbivorismo
Detritivorismo
Senescência
Produção primária Produção primária
autóctone
alóctone
Fotossíntese
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Matéria
orgânica
dissolvida
Água
subterrânea
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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
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Biofilme
Luz
• 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
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DOM - COM - FPOM
Algas
Matriz de polissacarídeos com
bactérias, enzimas, hifas e
cianobactérias
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Substrato
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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
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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
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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
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Matéria orgânica
particulada fina
(FPOM)
1 mmmm-0.5 mm
Matéria orgânica dissolvida
(DOM)
< 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
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
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Decomposição da folhada
Lixiviação, condicionamento e fragmentação (Kaushik & Hynes, 1971)
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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
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Decomposição da matéria orgânica
• CPOM, principalmente folhas das árvores da vegetação
ripícola
• Explicada pelo modelo exponencial negativo (Webster &
Benfield, 1986):
 kt
M t  M ie
M t : massa restante no tempo t
M i : massa inicial
- k : taxa de decomposição (por dia)
t : tempo de imersão na água
• Taxa de decomposição
– - k dia-1
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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
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Grupos funcionais de macroinvertebrados
Grupo funcional Alimento
Mecanismo de alimentação
Triturador
(shredder)
CPOM e microrganismos
Trituração/ mastigação
associados (fungos); macrófitas
Filtrador
(filterercollector)
FPOM e microrganismos
associados (bactérias)
Filtram a água recolhendo
FPOM em suspensão
Colector
(collectorgatherer)
FPOM e microrganismos
associados (bactérias)
Recolhem FPOM
depositada
Raspador
(grazer)
Perifíton (diatomáceas) e
biofilme
Raspam as superfícies
Predador
(predator)
Outros animais
Perfuram ou mordem as
presas
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4.2. Funcionamento biológico: grupos
funcionais
4.ECOLOGIA FLUVIAL
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Exemplos de trituradores
(consumidores de CPOM)
Crustacea
Trichoptera
com casulo
Plecoptera
Diptera
(Família Tipulidae)
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Família Athyidae
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Exemplos de filtradores
(consumidores de FPOM em suspensão)
Bivalves
Diptera
(Família Simuliidae)
Trichoptera
(Família Hydropsychidae)
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Exemplos de colectores
(consumidores de FPOM depositada)
Trichoptera
com casulo
Oligochaeta
Diptera
(Família Chironomidae)
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Exemplos de raspadores
(consumidores de biofilme/perifíton)
Gastropoda
Ephemeroptera
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Exemplos de predadores
(consumidores de outros animais)
Sanguessugas
(Hirudinea)
Ninfas de
libelinha
(Odonata)
Imagos de Coleoptera
e.g. Família Dytiscidae
Hemiptera
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Cadeias alimentares:
os consumidores de CPOM
• CPOM  FPOM
– Abrasão física, actividade
microbiana (fungos) e
invertebrados trituradores
• DOM e CO2
– Lixiviação química, excreção e
respiração microbiana
• Muito do carbono original
entra no compartimento da
FPOM como fezes e
material fragmentado
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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)
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4.3 Zonação
4. ECOLOGIA FUNCIONAL
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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
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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
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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
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NASCENTE
(montante)
Troços altos
Troços médios
Troços baixos
FOZ
(jusante)
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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
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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
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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
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