Avaliação experimental da capacidade competitiva de...

Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Biológicas

Programa de Pós-graduação em Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre

Avaliação experimental da capacidade competitiva

de Oocystis lacustris (Chlorophyceae), Microcystis

viridis (Cyanobacteria) e Cryptomonas erosa

(Cryptophyceae) em diferentes razões

Nitrogênio:Fósforo, com ênfase nas suas inter-relações

em um reservatório urbano eutrófico.

João de Magalhães Lopes

Belo Horizonte 2003

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Avaliação experimental da capacidade competitiva de

Oocystis lacustris (Chlorophyceae), Microcystis viridis

(Cyanobacteria) e Cryptomonas erosa (Cryptophyceae) em

diferentes razões Nitrogênio:Fósforo, com ênfase nas suas inter-

relações em um reservatório urbano eutrófico.

João de Magalhães Lopes

Dissertação apresentada ao programa de pós graduação em Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre, da Universidade Federal de Minas Gerais, como requisito parcial à obtenção do título de mestre.

Orientadora: Dra. Alessandra Giani

Belo Horizonte, 2003.

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À memória de Hugo de Lucena Lopes, um ser

humano excepcional a quem tive o privilégio de

chamar de pai.

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``Suspeito que estejamos vivendo um momento de metamorfose da nossa condição

humana. Até agora temos sido habitantes do mundo da vida. Nosso hábitat é constituído por

florestas, animais, rios e mares. Somos seres biológicos, corpos. Mas agora estamos mudando

de casa. Estamos trocando nossa casa biológica por uma outra casa, eletrônica (...). Nossas

inteligências estão cada vez mais ligadas aos vídeos e computadores e cada vez mais distantes

da natureza. Há crianças que nunca viram uma galinha de verdade, nunca sentiram o cheiro

de um pinheiro, nunca ouviram o canto do pintassilgo e não têm o prazer em brincar com

terra. Pensam que terra é sujeira. Não sabem que terra é vida.´´

Rubem Alves

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AGRADECIMENTOS

Agradeço à minha família pelo apoio, em especial a minha mãe, Vera Lúcia de Magalhães Lopes, que tem

me ensinado, através de sua conduta nestes últimos meses, os verdadeiros significados das palavras força e

superação.

À minha orientadora, Dra. Alessandra Giani, que com seu vasto conhecimento de limnologia e ecologia

sempre direcionou este trabalho, evitando que me perdesse ao longo do caminho.

Ao Professor Ricardo Motta Pinto-Coelho, por me permitir utilizar o seu laboratório para a realização de

análises químicas.

Às Professoras Nádja e Maria Rita, do laboratório de Interação Microrganismos-Plantas, que também me

cederam gentilmente alguns aparelhos para a realização de análises químicas.

Aos meus colegas de laboratório pela inestimável ajuda que prestaram para a realização deste trabalho. Ao

Cléber pelos conselhos e atencioso interesse com o qual acompanhou o projeto. À Luciana pela alegria e sensatez

que tanto me ajudaram a manter a lucidez em momentos difíceis. À Gabriela, companheira de graduação e pós-

graduação, pelas idéias que muito contribuíram para a melhora deste trabalho e pelas análises realizadas com total

desprendimento nos períodos nos quais não pude estar presente em Belo Horizonte. À Elenice que nem imagina o

quanto foi importante para a conclusão do trabalho e para quem é impossível expressar minha gratidão em palavras.

À Sandra, Sávio, Patrícia, Gustavo e Marcos pela saudável convivência e aos agradáveis momentos que me

proporcionaram dentro e fora do ambiente de trabalho.

Aos meus colegas de pós-graduação com os quais compartilhei esta experiência única. Me permito plagiar

um deles que ao final da apresentação de sua dissertação, tão bem explicou o motivo deste agradecimento: “

Agradeço aos meus colegas de pós-graduação por me ajudarem a manter a sanidade mental durante todo este

tempo”.

Aos meus colegas de graduação pela amizade e exemplo que sempre foram para mim.

A todos os amigos pela paciência que, tenho certeza, tiveram de praticar nestes últimos anos comigo. Neste

agradecimento se incluem os amigos de Belo Horizonte, de Uberaba, de Fortaleza... bem, onde quer que vocês

estejam fica registrado o meu agradecimento.

Aos amigos da Companhia Energética de Minas Gerais e em especial aos funcionários da Estação

Ambiental de Volta Grande que muito me ensinaram neste último ano e à Gerência de Programas e Ações

Ambientais na pessoa de Alberto Zerlotini, que gentilmente me cedeu preciosos dias em Belo Horizonte para a

conclusão deste trabalho.

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SUMÁRIO

1.Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1-Competição por nutrientes em comunidades fitoplanctônicas.. . . . . . . . .

1.2-Nitrogênio e fósforo em ambientes naturais.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3-Absorção de fósforo e nitrogênio pelo fitoplâncton.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Material e Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1-Área de estudo e escolha das espécies.. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2-Descrição das espécies.. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3-Isolamento e manutenção das culturas estoque.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4-Delineamento experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1-Experimentos de crescimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2-Experimentos de absorção.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3-Experimentos de competição.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5-Variação sazonal da comunidade fitoplanctônica e de algumas

variáveis físico químicas no Reservatório da Pampulha.........................

3.Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1-Crescimento.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2-Absorção de fósforo e nitrogênio.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3-Competição entre as espécies.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4-Variação sazonal das espécies no ambiente natural: Reservatório

da Pampulha.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.Discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1-Crescimento e competição entre as espécies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2-Absorção de fósforo e nitrogênio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3-Variação sazonal das espécies no ambiente natural: Reservatório

da Pampulha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.Conclusões ...............................................................................................................................

6.Referências Bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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RESUMO

Foram avaliadas as capacidades competi t ivas de t rês espécies f i toplanctônicas , Oocyst is

lacustr is (Chlorophyceae) , Microcyst is v ir idis (Cyanobacter ia) e Cryptomonas erosa

(Cryptophyceae) , comuns na composição da comunidade f i toplanctônica do Reservatór io da

Pampulha, um reservatór io urbano eutróf ico, em diferentes razões nit rogênio:fósforo . Foram

real izados exper imentos de crescimento das três espécies em cinco razões N:P,

respect ivamente 4 , 10, 20, 40 e 100. Parâmetros competi t ivos das três espécies , como taxa

máxima de crescimento (µmax) e quant idade mínima de nutr iente requerida para o

crescimento (R*) foram calculados através do modelo de Monod. A capacidade das t rês

espécies de absorver ni t rogênio e fósforo também foi aval iada exper imentalmente . Por f im

foram real izados exper imentos de compet ição com cul turas mistas de pares de espécies em

três razões N:P (4 , 20 e 100) , para que pudesse ser ver if icada a predição obt ida através dos

parâmetros calculados pela curva de crescimento logís t ico. Os dados exper imentais foram

comparados com os dados coletados no Reservatór io da Pampulha a f im de se extrapolar os

resul tados laborator ia is para o ambiente natural . Cryptomonas erosa fo i a espécie que

apresentou, teor icamente, a maior probabi l idade de vencer o processo competi t ivo tanto em

meios l imitados por n i trogênio quanto por fósforo quando cul t ivadas com Oocyst is lacustr is e

Microcyst is v ir idis . Esta previsão foi comprovada pelos exper imentos de competição. Os

exper imentos de absorção demonstraram que esta espécie possui grande probabi l idade de se

tornar dominante em ambientes que não apresentam l imitação de ni t rogênio ao crescimento.

Os dados de var iação sazonal das espécies no Reservatór io da Pampulha corroboraram os

resul tados obt idos em laboratór io mostrando o aumento da densidade desta espécie à medida

que ocorreu o aumento da concentração de fósforo e pr incipalmente, n i t rogênio no

reservatór io.

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1. INTRODUÇÃO

Populações e indivíduos das diferentes espécies não ocorrem isoladamente

em ambientes naturais. Em um contexto ecológico todas as espécies estão

envolvidas em uma rede de complexas interações, pertencentes a um todo

ecológico constituído por partes interdependentes. Desta forma, cada organismo

ou população está ligado a um complexo sistema de interdependência que tem

sua dinâmica influenciada em parte por vários fatores abióticos e em parte pelas

múltiplas atividades dos diversos organismos que o constitui (Putman, 1994).

Este sistema de interdependência é denominado`` Comunidade Ecológica´´

sendo que muitos esforços têm sido despendidos para se desvendar a natureza

das relações que a estruturam e a intensidade em que estas ocorrem na natureza.

Historicamente, tem se observado em estudos ecológicos que uma das

principais forças estruturadoras em comunidades naturais é a competição

interespecífica. Darwin percebeu empiricamente que as populações de diversos

organismos se mantinham em números menores do que seria esperado apenas

contabilizando-se a sua capacidade reprodutiva (Begon et al. , 1995). O ambiente

aonde estas populações se encontravam deveria, assim, estar exercendo alguma

pressão negativa sobre os indivíduos, o que se refletiria em suas taxas de

natalidade, sobrevivência e/ou mortalidade. Gause (1934) postulou que se as

características de utilização de recursos (ex: hábitos alimentares) de duas

espécies fossem similares, estas espécies não poderiam ocupar o mesmo

ambiente ao mesmo tempo, sendo uma delas excluída pela outra. Este axioma

ficou conhecido como ``princípio da exclusão competitiva´´. Os trabalhos de

MacArthur (1958), que observando comunidades de insetos, concluiu que as

diferenças na utilização de diferentes substratos por diferentes espécies

provavelmente se devia a pressões competitivas existentes no passado ( ``the

ghost of competition past´´), e de Hutchinson (1957) que desenvolveu a noção

de nicho ecológico como um hipervolume que engloba todas as características

mensuráveis na história de vida de um organismo, foram de grande utilidade nos

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estudos de interações competitivas entre organismos, pois permitiram aos

pesquisadores uma análise objetiva de padrões encontrados no campo e em

experimentos laboratoriais.

Atualmente, o tema da competição como força estruturadora de

comunidades vem sendo amplamente debatido. A discussão sobre a existência de

nichos vagos em determinados ambientes e a utilização de enfoques neutralistas

na análise de dados obtidos em estudos clássicos têm demonstrado que em

muitos casos, outros processos que não a competição, podem estar envolvidos na

estruturação de comunidades naturais.

Begon et al. (1995) comentam que a essência da competição

interespecífica é a de que indivíduos de uma espécie sofrem redução na

fecundidade, sobrevivência ou crescimento como resultado da exploração de

recursos ou de alguma interferência realizada por indivíduos de uma outra

espécie. Este conceito além de inferir na natureza deletéria da competição, ainda

faz uma importante distinção entre a competição por interferência e a

competição por exploração. Na competição por interferência, a interação entre

indivíduos de espécies diferentes se dá de forma direta, sendo reduzido o acesso

de uma das espécies ao recurso por influência do comportamento agonista de

outra espécie. Na competição por exploração, a utilização do recurso por uma

espécie, é reduzida pelo consumo deste mesmo recurso por uma segunda

espécie, neste caso, entretanto, sem a interação direta entre as duas espécies. A

maioria dos modelos que descrevem interações competitivas tende a se restringir

à competição por exploração. Estes conceitos, no entanto, são arbitrários sendo

util izadas diferentes definições de acordo com o objetivo do autor. Um exemplo

é o trabalho de Schoener (1983) no qual a competição interespecífica é dividida

em seis categorias distintas.

Connell em 1983 revisou trabalhos cujo tema era competição. Sua revisão

englobou 72 estudos publicados em seis importantes revistas (Ecology,

Ecological Monographs, Journal of Ecology, Journal of Animal Ecology, The

American Naturalist e Oecologia).Este autor verificou que em cinco sextos dos

trabalhos que revisou, a competição intra-específica era mais importante para a

estruturação da população da espécie em estudo do que a competição inter-

específica. Esta parece ser uma importante propriedade de populações naturais,

o que permite a coexistência de espécies potencialmente competidoras em

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determinado ambiente. Os estudos revisados por Connell, no entanto, tratavam

principalmente de experimentos realizados com animais terrestres, o que

subestimou a importância da natureza da relação competitiva existente entre

vegetais, tanto terrestres como aquáticos.

Tilman (1982) propôs uma explicação baseada na competição

interespecífica entre espécies e na utilização diferencial de recursos para

explicar a diversidade encontrada entre os vegetais na natureza. Neste modelo,

Tilman considera não só a dinâmica do recurso no ambiente, mas também a

dinâmica de utilização dos recursos pelos organismos observados.

Primeiramente é preciso definir o que será tratado como recurso no

modelo de Tilman. Recursos são, segundo este autor, qualquer substância ou

fator que podem levar a um aumento das taxas de crescimento de determinado

organismo à medida que a sua disponibilidade no ambiente aumenta e que é, ao

mesmo tempo, consumido por este organismo. Desta forma, nutrientes são

considerados recursos neste modelo enquanto temperatura, por não diminuir a

sua disponibilidade em resposta ao seu ‘consumo’ no meio, não pode ser

considerada como tal. Os recursos, segundo Tilman, podem ser classificados

dentro de algumas categorias, sendo os substituíveis e os essenciais os mais

importantes para o entendimento da dinâmica competitiva entre espécies.

Recursos substituíveis são aqueles que podem ser utilizados pelo organismo na

ausência de outros recursos e que os substituem em sua contribuição para o

crescimento de sua população. Organismos podem, por exemplo, utilizar

diferentes fontes de carboidrato para o seu desenvolvimento e consequente

crescimento populacional. Esta categoria é característica de organismos

heterótrofos que consomem nutrientes compostos e que possuem, desta forma,

vários elementos simples incorporados à sua estrutura. Recursos essenciais, por

sua vez, são aqueles sem o qual o organismo não consegue sobreviver e que não

podem ser substituídos por outros. Esta categoria é característica de organismos

autotróficos que utilizam elementos simples em seu metabolismo (ex: Ca, N, P,

Se, Si, etc).

A heterogeneidade espacial e temporal na disponibilidade destes recursos

em determidado ambiente, podem aumentar o número de espécies que podem

coexistir neste ambiente (Tilman et al , 1982). A presença de microhabitats no

ambiente permite a coexistência de um grande número de espécies que de outra

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forma seriam excluídas competitivamente. A variabilidade temporal na

disponibilidade de recursos pode também apresentar consequências na

estruturação de comunidades (Begon et al , 1995). Hutchinson (1961), por

exemplo, observou que as comunidades fitoplanctônicas encontradas em lagos e

oceanos, são em geral muito mais ricas do que se poderia esperar pela escassa

distribuição de recursos nestes ambientes. Este autor percebeu que mudanças

nas condições físicas, como temperatura e intensidade luminosa, e químicas

como as concentrações de nutrientes, que ocorrem em curtos intervalos de tempo

nestes ambientes, poderiam impedir que espécies melhor adaptadas a

determinadas condições ambientais excluíssem as demais. A riqueza encontrada

nestes ambientes, se deveria, desta forma, a repetidas interrupções do processo

de exclusão competitiva das espécies. Este processo permite que espécies de

diferentes estratégias competitivas, pioneiras e clímax, convivam em

determinado ambiente. Esta hipótese ficou conhecida como “ o paradoxo do

plâncton’’.

1.1- Competição por nutrientes em comunidades fitoplanctônicas:

A disponibilidade de nutrientes vem sendo considerada, desde os

primeiros estudos limnológicos, como uma das variáveis que controlam a

estrutura e a biomassa de comunidades fitoplanctônicas bem como a sucessão

sazonal de espécies (Tilman et al , 1982). Diversos estudos têm demonstrado que

não existe limitação nutricional múltipla para o crescimento fitoplanctônico. O

crescimento algal é regulado pelo único nutriente que se apresenta sob a menor

disponibilidade de acordo com a Lei do Mínimo de Liebig (Droop 1973). Razões

nutricionais ótimas para o crescimento algal são espécies-específicas, sendo

determinadas por características fisiológicas específicas de cada espécie

(Bulgarov & Levich, 1999). Estas razões podem, em última instância,

determinar a exclusão ou coexistência das espécies que tomam parte de

interações competitivas (Rhee & Gotham, 1980).

A hipótese da importância relativa das razões nutricionais em relação à

concentração absoluta dos nutrientes nos corpos d'água vem sendo duramente

criticada por alguns autores. Dentre estes Reynolds (1999) comenta que as

espécies fitoplanctônicas não podem ser capazes de ``escolher´´ as razões

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nutricionais que lhes favorecem, e sim, utilizar as concentrações absolutas que

se encontram diluídas no meio. Por outro lado, Droop (1973) e Rhee (1978)

demonstram que as espécies fitoplanctônicas respondem às proporções

nutricionais existentes nos meios em que se encontram e que cada espécie possui

uma razão nutricional ótima para o seu próprio desenvolvimento. Esta razão

seria a quota individual que cada célula necessitaria para efetuar a divisão

celular, ou seja o requisito nutricional mínimo de cada espécie comentado no

modelo de Tilman. Rhee e Gothan (1980) chegaram a calcular a razão ótima

N:P para nove espécies de microalgas e comprovaram que em meios que

possuiam estas razões, as espécies apresentaram o desenvolvimento esperado.

Bulgarov e Levich (1999) comentam que as biomassas relativas das espécies

fi toplanctônicas na comunidade são determinadas pelas razões dos nutrientes

limitantes existentes no meio. A concentração absoluta destes nutrientes

determinaria, desta forma, apenas a biomassa total da comunidade.

A razão nutricional ótima, como comentado acima, é a razão na qual

ocorre a transição da limitação por um nutriente para a l imitação por outro

nutriente. Diferenças na razão N:P atômica de 200 até 1 já foram observadas em

corpos d’água naturais (Stocker & Shortreed, 1985). A transição entre estados

de limitação do crescimento fitoplanctônico por nitrogênio à limitação por

fósforo é comum tanto em ambientes marinhos como em águas continentais

(Sommer, 1989). Estas mudanças são, em geral, sazonais sendo que o afluxo de

dejetos observado em diversos reservatórios urbanos pode contribuir

significativamente neste processo (Giani & Delgado, 1998).

Muitos experimentos têm demonstrado que a habilidade competitiva na

utilização de nitrogênio e fósforo varia entre grupos fitoplanctônicos distintos

(Droop, 1973; Rhee, 1978; Tilman, 1981; Tilman et al 1986, Grover, 1989;

Cerrão et al , 1991; Bulgarov & Levich, 1999). Em períodos de rápido

crescimento as cianobactérias competem mais eficientemente por fósforo do que

as algas verdes. Sob condições de limitação por fósforo, no entanto, sua

capacidade competitiva vem sendo questionada (Bulgarov & Levich 1999).

Smith (1983) observou dominâncias de cianobactérias em 12 lagos diferentes

quando a razão N:P se encontrava abaixo de 29:1. Alguns trabalhos, no entanto,

não corroboram esta generalização. Suttle e Harrison (1988) avaliaram a

capacidade competitiva de uma alga verde, Scenedesmus quadricauda , e de uma

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cianobactéria, Synnechococcus sp , sob condições de limitação por fósforo (altas

razões N:P) utilizando culturas do tipo ``batch´´. Nesta situação foi a

cianobactéria que se mostrou dominante em relação à alga verde.

O enfoque sob as razões nutricionais muda ao se considerar diferentes

formas minerais de nitrogênio e fósforo envolvidas no processo competitivo. De

acordo com McQueen e Lean (1987), variações nas proporções de compostos

nitrogenados também podem influir na estrutura que determinada comunidade

algal apresentará. Segundo estes autores, o aumento da dominância por

cianobactérias pode ser induzido pela diminuição da razão Nitrato: Fósforo

total. Quando esta razão se encontrava acima de 5, a dominância por

cianobactérias nunca foi observada pelos autores.

Estudos que tratam da competição por nutrientes em espécies

fitoplanctônicas são, em geral, realizados com três diferentes enfoques. O

primeiro utiliza comunidades fitoplanctônicas naturais cultivadas in vitro . Neste

caso o experimento de competição utiliza consórcios de espécies algais

coletadas diretamente de reservatórios. Como exemplo, Sommer (1984) cultivou

várias espécies naturais (mais de 30 espécies) variando as razões molares de

sílica e fósforo de 4 a 80. Sob condições de deficiência de sílica (baixas razões

Si:P) apenas Mougeotia thylespora conseguiu se estabelecer, enquanto que sob

condições de deficiência de fósforo as espécies Synedra acus , Asterionella

formosa e Koliella spiculiformis foram as dominantes. Segundo o autor, estes

dados estão de acordo com a ocorrência natural destas espécies no lago.

Outro tipo de experimento é o que utiliza a comunidade fitoplanctônica

natural in situ . Nestes tipos de experimento ocorre a fertilização artificial de

corpos d'água naturais com o acompanhamento das mudanças ocorridas na

estrutura da comunidade algal previamente existente. Tilman (1982) coloca que

experimentos de enriquecimento de todo o lago demonstram claramente que a

adição de fósforo aumentam a biomassa algal e que as proporções dos nutrientes

adicionados (como as razões N:P) têm um efeito dramático na composição das

espécies. Schindler (1977) observou que ao se ferti lizar um pequeno lago com N

e P em razões atômicas de 30 por 1 a espécie dominante seria uma alga verde

(Scenedesmus sp). Quando um lago de características semelhantes era mantido

em uma razão N:P de cerca de 11 o resultado das interações competitivas seria a

dominância por uma cianobactéria. Segundo Schindler ao se fertilizar o lago

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com razões N:P ainda menores (abaixo de 5) outra cianobactéria se tornava

dominante, Anabaena sp, principalmente devido à sua capacidade de fixar N

atmosférico.

O terceiro tipo de experimento utilizado para se avaliar as interações

competitivas entre espécies fitoplanctônicas são os realizados através de

culturas laboratoriais. Experimentos com cultura utilizam gradientes de razões

nutricionais para avaliar a capacidade competitiva das espécies observadas .

Tilman (1976) estudou as interações de duas diatomáceas, Asterionella formosa

e Cyclotella meneghiniana , sob diversas razões N:P. Asterionella. formosa foi a

espécie dominante sempre que a razão se encontrava abaixo de 6:1 enquanto que

C. meneghiniana foi dominante em razões acima de 90:1. Em razões N:P

intermediárias as duas espécies coexitiram em cultura. A utilização deste

enfoque permite que se calcule as razões ótimas de crescimento para cada

espécie em relação a cada nutriente limitante. Rhee (1978), ao realizar um

experimento com culturas isoladas, observou que a razão N:P ótima para o

crescimento de Scenedesmus sp é de 30:1, a mesma observada para a

cianobactéria Anacystis nidulans .

O processo de eutrofização, causado pelo aumento do aporte de matéria

orgânica em reservatórios urbanos, é um problema recorrente em várias partes

do globo atualmente (Krienitz et al , 1996). O crescimento descontrolado dos

organismos planctônicos nestes reservatórios é considerado indesejável do ponto

de vista estético e turístico, especialmente o desenvolvimento de macrófitas

aquáticas e algas filamentosas (Margalef, 1983). No entanto, as consequências

vão além da estética, podendo compreender fenômenos como o esgotamento do

oxigênio da camada inferior da coluna d'água (principalmente em lagos rasos) e

o``bloom´´ de espécies fi toplanctônicas tóxicas, o que pode acarretar uma

mortandade massiva de peixes e mesmo a intoxicação de humanos (Bittencourt-

Oliveira et al , 2001). O fitoplâncton, neste caso, se torna um importante índice

biológico de monitoramento e avaliação da qualidade da água. Desta forma, o

aparecimento de determinadas espécies pode indicar a situação do reservatório

quanto a poluição de suas águas, o que possibilita a proposição de projetos de

manejo e recuperação da área (Wetzel, 1983).

A eutrofização artificial, em geral, leva a uma diminuição das razões N:P

em lagos oligotróficos. Com o aumento do afluxo de dejetos, o fósforo, que é o

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principal elemento limitante ao crescimento de espécies fitoplanctônicas, pode

se acumular causando uma drástica mudança na estrutura e composição destas

comunidades (Henry & Tundisi, 1982). Haarhoff (1992 apud Bulgarov & Levich

1999) observou que as medidas tomadas para reduzir o despejo de dejetos

industriais em um lago hipereutrófico africano causaram a mudança das razões

molares N:P de 4 para 25. Como consequência a biomassa total da comunidade

fitoplanctônica foi reduzida e a antiga cianobactéria dominante, Microcystis

aeruginosa , foi substituída por diversas espécies de algas verdes.

Os estudos realizados no Brasil com a finalidade de avaliar os efeitos da

limitação nutricional em espécies fi toplanctônicas se centraram em sua maioria

em deficiências de fósforo e de nitrogênio. O enfoque principal destes estudos

foi a comunidade como um todo, sendo que espécies foram raramente avaliadas

individualmente. Cerca de metade dos estudos foram baseados em reservatórios,

tanto oligotróficos quanto eutróficos. A outra metade tratou de lagos naturais

principalmente no Vale do Rio Doce e em lagos de várzea amazônicos (Arcifa et

al. , 1995).

Henry & Tundisi (1982, 1983 e 1984) estão entre os primeiros

pesquisadores a utilizar este enfoque experimental em estudos na Represa do

Lobo (SP). Os experimentos consistiram na adição de nutrientes em

concentrações de 10 a 100 vezes superiores do que aquelas encontradas na

coluna d’água do reservatório. As conclusões dos autores foram que tanto o

nitrogênio quanto o fósforo eram limitantes, mas que o último era o fator

principal para a determinação da biomassa algal. Resultados posteriores

demonstraram que o nitrogênio possuía importância igual ou maior do que a de

fósforo na determinação da estrutura fitoplanctônica do reservatório. Não foram

detectadas diferenças na resposta das espécies fitoplanctônicas às diferentes

formas de nitrogênio utilizadas (NH4, NO2, NO3 ou uréia) nos experimentos de

enriquecimento.

A maioria dos estudos em reservatórios tropicais eutróficos, têm

demonstrado que o principal fator limitante para o crescimento e composição da

comunidade fitoplanctônica é o fósforo (Ramos et al. 1986, Henry 1986, Ibañez

1988). Tundisi e Henry (1986) ao realizarem experimentos no Lago Dom

Helvécio no período de circulação da coluna d’água também observaram este

padrão.

16

16

Em experimentos de fertilização foram observadas modificações não só na

estrutura específica da comunidade, mas também em parâmetros fisiológicas das

espécies envolvidas, como concentração de clorofila a, assimilação de nutrientes

e variação da produção primária (Setaro 1984, Henry & Simão 1988, Ibanez

1988). Ibanez (1988) verificou que a adição de nitrogênio e fósforo em amostras

do Lago Paranoá (DF) acarretou uma transição da dominância por uma espécie

de cianobactéria, Cylindrospermopsis brooki , por uma clorofícea, Chlorella sp.

Cerrão et al (1991) observaram que concentrações intermediárias de N e P (300

e 30 µg/l, respectivamente) foram mais eficientes do que as concentrações

máximas (600 e 60 µg/l) no aumento da concentração total de pigmentos de

perifiton em tanques artificiais na Represa do Lobo (SP).

1.2- Nitrogênio e Fósforo em ambientes naturais:

Os organismos precisam de aproximadamente 40 elementos para a

manutenção de sua estrutura e metabolismo. Estes elementos são definidos como

essenciais e podem ser requeridos em grandes (macronutrientes) ou baixas

concentrações (micronutrientes) pelos seres vivos. Nitrogênio e fósforo estão

entre os principais macronutrientes encontrados na composição dos seres vivos,

participando com mais de 1% do peso orgânico seco como definido por Braga et

al (2002). Reynolds (1999) coloca que a dificuldade mais freqüentemente

encontrada por plantas, terrestres ou aquáticas, marinhas ou de água doce, é

satisfazer os seus requerimentos para fósforo e nitrogênio.

Os elementos essenciais fazem parte de ciclos que recebem o nome de

biogeoquímicos. ``Bio´´ porque os organismos vivos interagem no processo de

síntese orgânica e decomposição dos elementos, ``geo´´ porque o meio terrestre

é a fonte dos elementos e químicos porque são ciclos de elementos químicos. A

biogeoquímica é, portanto, a ciência que estuda a troca ou a circulação de

matéria entre os componentes vivos e físicos e químicos da biosfera (Odum,

1971). Pode-se distinguir basicamente dois tipos de ciclos para os elementos

essenciais, os ciclos sedimentares e os gasosos. Nos ciclos sedimentares (tipo do

qual faz parte o fósforo) o reservatório que supre os elementos e os recebe de

volta é a litosfera. Nos ciclos gasosos (tipo do qual faz parte o nitrogênio) o

reservatório é a atmosfera (Esteves, 1998).

17

17

O nitrogênio responde por cerca de 78% da constituição da atmosfera. No

entanto, para ser utilizado pelos seres vivos, o gás nitrogênio (N2) precisa sofrer

uma série de modificações, conhecidas como fixação atmosférica, sendo que

poucos organismos (algumas bactérias e cianofíceas) são capazes de realizá-las.

A principal forma nitrogenada utilizada pelos produtores primários é o nitrato

(NO3-), fruto da decomposição da matéria orgânica ou fixação biológica. Outra

forma utilizada pelos organismos é a amônia (NH3), que pode ser sintetizada

artificialmente a partir do nitrogênio atmosférico a partir de uma técnica

desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial pelo alemão Fritz Haber. Esta

técnica possibilitou o aparecimento dos fertilizantes químicos, utilizados para

aumentar a produtividade de culturas vegetais e atender ao aumento da demanda

de alimentos em conseqüência do crescente aumento da população mundial.

Entretanto, o ciclo equilibrado do nitrogênio depende de um conjunto de fatores

bióticos e abióticos determinados que em conjunto, não estão aptos a assimilar o

excesso sintetizado artificialmente (Braga et al , 2002). Esse excesso de 9x106

t/ano (Kormondy, 1976), carregado para os rios, lagos e lençóis de água

suberrâneos é um dos responsáveis pelo fenômeno da eutrofização, que

compromete a qualidade da água.

O fósforo aparece nos organismos em proporção muito superior aos outros

elementos quando comparado com sua participação nas fontes primárias. Esse

fato justifica a importânica ecológica do fósforo e sugere que este elemento é

provavelmente o fator mais limitante à produtividade primária (Reynolds, 1984).

Por ser um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar, seu pricipal

reservatório é a l itosfera, mais precisamente as rochas fosfatadas e alguns

depósitos formados ao longo de milênios. Por meio de processos erosivos,

ocorre a liberação do fósforo na forma de fosfatos, que serão utilizados pelos

produtores. O fósforo, a exemplo do nitrogênio, é um dos principais fertilizantes

utilizados em agricultura, sendo também despejados na forma de detergentes

fosfatados e o seu excesso vem provocando acentuada deterioração da qualidade

de água dos corpos de água continentais .

18

18

1.3- Absorção de Fósforo e Nitrogênio pelo fitoplâncton.

Antes de se utilizar determinado nutriente para a síntese de estruturas nas

células vivas, é preciso que se obtenha o nutriente do meio externo através de

um processo conhecido como absorção. A absorção dos organismos autotróficos

é limidada a fontes que devem ser solúveis e difusíveis, e quase sempre se

restringe às formas químicas que naturalmente ocorrem no ambiente (Reynolds,

1984).

A absorção nutricional é fator chave no crescimento fitoplanctônico. A

habilidade das espécies em se adaptarem às mudanças na disponibilidade

nutricional no meio em relação aos seus próprios requerimentos de síntese de

matéria pode ser determinante no resultado do processo competitivo. A taxa de

absorção do nutriente cuja concentração é limitante no meio será determinada

externamente pela sua concentração, de acordo com a lei do mínimo, enquanto

que as taxas de absorção dos nutrientes não limitantes serão controladas

internamente para que a célula corresponda à taxa de absorção do nutriente

limitante (Dugdale et al , 1981).

A absorção nutricional é uma função hiperbólica relacionada à

concentração nutricional do meio. Este modelo, uma derivação da equação de

Monod, se baseia na premissa de que o transporte de nutrientes através da

membrana celular deve seguir o modelo de Michaelis-Menten, que descreve a

afinidade enzimática pelo substrato. É necessário, no entanto, que se parta de

alguns requisitos para que se utilize o modelo. O primeiro é que exista apenas

um substrato para a reação, ou, no caso de outros substratos, que as

concentrações se mantenham constantes. O segundo é que apenas as taxas

iniciais de reação são medidas a diferentes concentrações nutricionais, pois após

certo tempo poderá ocorrer a liberação do nutriente pela célula. O terceiro e

último é que o meio é homogêneo o bastante para que não ocorra a depleção do

nutriente disponível às células, ou seja, que na coluna dágua em estudo não

ocorra o processo de estratificação (McCarthy, 1981).

É importante salientar também, que este modelo descreve apenas o

transporte do substrato através da membrana celular, não permitindo a

inferência sobre o metabolismo do mesmo no meio intracelular. Esta definição é

importante, pois as espécies fi toplanctônicas também acumulam reservas

19

19

internas de determinados nutrientes e sua taxa metabólica está intimamente

relacionada à concentração destas reservas, pois, considera-se que são

essenciais para o funcionamento eficiente das enzimas envolvidas no processo

metabólico (McCarthy, 1981).

1.4- Escolha das espécies:

As espécies utilizadas neste experimento são comuns na composição da

comunidade fitoplanctônica do Reservatório da Pampulha, um típico

reservatório eutrófico urbano. Oocystis lacustris , junto a outras espécies de

algas verdes, tem seu pico em biomassa no final do verão e durante grande parte

do outono. Boechat e Giani (2000) observaram picos de densidade deste grupo

de fevereiro a maio no Reservatório da Pampulha. Esta espécie vem

apresentando nos últimos anos um decréscimo em biomassa nas águas do

reservatório, apesar de manter populações estáveis durante a maior parte do ano.

Cryptomonas erosa se mostra abundante durante todo o inverno (junho a início

de setembro), apresentando um aumento acentuado em sua densidade nos

últimos anos. Algas flageladas, em geral, incluindo as criptofíceas, dinofíceas e

algumas crisofíceas costumam apresentar elevada biomassa em reservatórios

urbanos (Rojo & Alvarez-Cobelas, 1993). O fato de poderem movimentar-se é

uma vantagem em ambientes túrbidos com relação à luz e permite, ainda, que

estas algas possam utilizar nutrientes presentes em camadas mais profundas,

podendo em seguida voltar para a região eufótica (Giani et al . 1999). Além

disso, criptofíceas podem apresentar um tipo de alimentação fagotrófica, o que

representa uma fonte adicional de nutrientes, principalmente em reservatórios

com alta concentração de matéria orgânica (Klaveness, 1988). Microcystis

viridis pode apresentar florações em massa no Reservatório da Pampulha da

primavera ao início das chuvas de verão (outubro a janeiro) (Giani, 1994;

Figueredo & Giani, 2000). As cianobactérias, principalmente do grupo

Microcystis , têm um papel muito importante em corpos d'água eutróficos, pela

sua capacidade de se desenvolverem maciçamente (``water blooms´´) e pela sua

potencial toxidade (Paerl, 1996; Giani et al. 1999). No reservatório da Pampulha

têm sido observados eventos desta natureza que causam impactos negativos

sobre o ambiente, desde mau cheiro até mortandade em massa de peixes

20

20

(Goodwin & Giani, 1998). Pinto-Coelho (1992) coloca que em 1980 a estação

de captação de água da Cia. De Saneamento do Estado de Minas Gerais

(COPASA) teve que ser desativada em decorrência dos frequentes blooms de

algas fitoplanctônicas que passaram a ocorrer no reservatório.

Em vista do exposto acima, decidiu-se pela utilização destas três espécies

com características sazonais e fisiológicas distintas e de grande importância na

composição da comunidade fitoplanctônica e na dinâmica ecológica de um típico

reservatório urbano eutrófico.

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21

OBJETIVOS

O objetivo deste estudo é verificar a capacidade competitiva de Oocystis

lacustris (Chlorophyta-Chlorophyceae), Cryptomonas erosa (Pyrrophyta-

Cryptophyceae) e Microcystis viridis (Cyanobacteria-Cyanophyceae) sob

diferentes razões N:P no meio, visando esclarecer aspectos sobre a dinâmica

competitiva destas espécies em ambientes naturais.

- Objetivos Específicos

• Determinar alguns parâmetros competitivos como taxa de

crescimento em diferentes razões N:P e concentrações mínimas de nitrogênio e

fósforo necessárias para que populações de Oocystis lacustris , Microcystis

viridis e Cryptomonas erosa se mantenham estáveis em cultura.

• Estabelecer a dinâmica de absorção de fósforo e nitrogênio das

três espécies.

• Definir o resultado de interações competitivas entre as três

espécies em diferentes razões N:P.

• Comparar os resultados obtidos em laboratório com os dados de

variação sazonal da comunidade fitoplanctônica e variáveis físico-químicas do

reservatório da Pampulha (MG), um reservatório urbano eutrófico.

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22

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1- Área de estudo

O reservatório da Pampulha localiza-se na região noroeste do município

de Belo Horizaonte-MG (19o 55´09´´S e 43o 56´ 47´´W). A bacia hidrográfica do

reservatório da Pampulha cobre uma área de 97,57 km2, pertencendo aos

municípios de Belo Horizonte e de Contagem, sendo formada por 40 córregos

dos quais 11 são tributários diretos do reservatório. A área inundada

corresponde a 2,4 km2 e o volume de água a 11,3 milhões de m3. A profundidade

média é de 5 m e a máxima de 16 m (Pinto Coelho, 1998; Tôrres 1999; Heleno,

2002). As principais fontes de poluição do reservatório provêm da sua bacia

hidrográfica, sendo elas o esgoto doméstico e o industrial e os resíduos

transportados pelo escoamento superficial das águas de chuva, além do

crescente assoreamento decorrente da erosão sofrida na bacia de drenagem

(Champs 1992, Sperling 1994, Vignoli 1992). O esgoto doméstico é despejado

diretamente em suas águas e desta forma, o nível de eutrofização do reservatório

vem aumentando consideravelmente nos últimos anos (Freitas, 1994).

2.2- Descrição das espécies

- Oocystis lacustris, Chodat, 1897, (Chlorophyceae): Apresenta células

isoladas ou em colônias de 2, 4, 8 ou 16 células irregularmente distribuídas

numa mucilagem que pode ou não ter nódulos polares. As células são elípticas,

pólos levemente pontiagudos, com ou sem nódulos polares, com comprimento de

9,0 a 29,0 µm e diâmetro de 4,0 a 10,0 µm. Esta espécie pode ter de 1-4

cloroplastos parietais, com ou sem pirenóides. A reprodução é feita por

autósporos, não sendo conhecida reprodução sexuada (Sant’Anna, 1984).

- Cryptomonas erosa, Ehrenberg, 1838, (Cryptophyceae): Células em vista

lateral de contorno elíptico, oblongo a obovado, margem dorsal regular a

irregularmente convexa, margem ventral convexa, reta ou levemente côncava,

raro irregularmente convexa, pólo anterior obliquamente truncado, porção dorsal

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23

proeminente formando rostro desde pouco a bastante evidente, às vezes sem

rostro, pólo posterior arredondado, às vezes afilado. As medidas celulares são

13,8 a 43,2 µm de comprimento e 6,1 a 21,1 µm de largura. Possui dois

cromatóforos dorsiventrais sem pirenóides nos quais podem ser observados

numerosos grãos de amido. Apresenta dois flagelos subapicais de tamanhos

pouco distintos entre si , aproximadamente tão longos quanto a célula (Castro,

1993).

- Microcystis viridis, Kirchner, 1898, (Cyanophyceae): Colônias

aproximadamente esféricas, elipsoidais ou alongadas de alguma forma. As

células são esféricas variando de 3 a 7 µm de diâmetro. Podem apresentar

vacúolos gasosos em seu interior. A mucilagem em torno das colônias é

indistinta podendo conter um grande número de colônias filhas (Desikachary,

1959).

Figura 1: Fotografias de Oocystis lacustris (A), Cryptomonas erosa (B) e Microcystis viridis (C).

2.3- Isolamento e manutenção das culturas estoques

As espécies foram isoladas a partir de amostras de água coletadas do

Reservatório da Pampulha com redes de 20µm de abertura de poros. Segundo

Kilham (1978) ao se realizar qualquer estudo de fisiologia com espécies

fitoplanctônicas no qual se pretenda comparar os resultados com os encontrados

em determinado corpo d´água, as espécies devem ser isoladas diretamente do

corpo d´água em consideração. A técnica de isolamento consiste na utilização de

pipetas de ponta capilar na separação de uma única célula ou colônia

observando-as através de um microscópio óptico (Rosowski, 1973). As células

24

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isoladas foram inoculadas em tubos de ensaio contendo meio de cultura WC com

pH de 7.2 (Guillard & Lorenzen, 1972) e incubadas em germinadora à 20oC. O

material utilizado foi esterilizado em autoclave para se evitar a contaminação

por bactérias e outros microrganismos. É sempre melhor evitar a contaminação

por bactérias em experimentos já que os efeitos das bactérias, se em grande

quantidade, podem alterar os resultados (Kilham, 1978). As culturas foram

repicadas a cada 20 dias aproximadamente. Todos os repiques e retiradas de

amostras foram realizados em capela de fluxo laminar estéril . As culturas

estoque foram mantidas em meio WC em câmara germinadora com a temperatura

de 20oC, fotoperíodo 12 h claro: 12h escuro e disponibilidade luminosa média

de 60µmol.m- 1s- 1 .

As culturas de O. lacustris e M. viridis a serem utilizadas neste

experimento foram isoladas em 1994 e vêm sendo mantidas em laboratório nas

condições descritas acima pela equipe do Laboratório de Ficologia,

Departamento de Botânica da Universidade Federal de Minas Gerais.

Cryptomonas erosa foi isolada em 2000 devido a sua crescente importância na

composição fitoplanctônica do Reservatório da Pampulha nos últimos anos.

2.4- Delineamento experimental

O trabalho desenvolvido em laboratório foi dividido em três etapas: os

experimentos de crescimento das espécies, experimentos de competição e

experimentos de absorção dos nutrientes.

-2.4.1 Experimentos de crescimento

As culturas utilizadas no experimento foram do tipo ``batch´´. As espécies

foram cultivadas separadamente em meios WC que tiveram as concentrações

molares de K2HPO4 e NaNO3 modificadas de forma a se atingir as seguintes

razões N:P: 4 e 10 (potencial l imitação por nitrogênio), 20 (sem limitação

nutricional), 40 e 100 (potencial limitação por fósforo) (Giani e Delgado, 1998).

Foram adicionadas soluções de KCl e NaCl de maneira proporcional à retirada

de K2HPO4 e NaNO3 para se manter o equilíbrio iônico dos meios com

deficiência de fósforo e nitrogênio, respectivamente.

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25

O cultivo se realizou em erlenmeyers de 250ml nos quais foram

adicionados 100 ml de meio de cultura. Os experimentos foram efetuados em

triplicata em câmara germinadora da marca FANEM com fotoperíodo de 12/12

horas, temperatura de 20oC e disponibilidade luminosa média de 60µmol.m- 1s- 1.

Segundo Kilham (1978), em seu estudo com diatomáceas, as condições ideais

para experimentos com culturas do tipo ``batch´´ são temperatura constante,

luminosidade em níveis de saturação e fotoperíodos de 12:12 horas. A autora

enfatiza que muitas espécies não crescerão sob condições de luminosidade

constante, principalmente se estiverem limitadas nutricionalmente.

Foram inoculadas baixas densidades celulares das três espécies no início

dos experimentos, de forma a ser possível acompanhar a sua fase exponencial de

crescimento. A baixa densidade ao início do cultivo é outro fator apontado por

Kilham (1978) como sendo essencial para que se garanta que a dinâmica de

crescimento de espécies cultivadas em meios do tipo ``batch´´ se adeque aos

modelos de crescimento em culturas contínuas e ambientes naturais.

Os experimentos tiveram a duração de 20 dias cada. Foram retiradas

diariamente, sempre no mesmo horário, sub-amostras de 1ml das três réplicas de

cada razão N:P. Estas sub-amostras foram fixadas com lugol acético e duas

réplicas foram contadas em microscópio LEIKA através de hemocitômetro do

tipo Fuchs-Rosenthal, no caso de O. lacustris e C. erosa e hemocitômetro do

tipo Neubawer no caso de M. viridis . Foram contadas no mínimo três lâminas de

cada sub-amostra ou 400 células no caso deste valor ser alcançado antes.

Os valores obtidos em cel/ml foram convertidos para µm3/ml através do

cálculo do biovolume médio das células das três espécies em todos os

tratamentos. Foram utilizadas amostras do início, do meio e do fim de cada

experimento para se medir o biovolume médio de cada espécie em cada

tratamento. A primeira medida foi feita na cultura estoque, utilizada para o

inóculo inicial. A segunda medida foi feita após 10 dias de experimento e a

terceira no último dia de experimento. O cálculo do biovolume de cada espécie

foi realizado através da aproximação do formato das células com formas

geométricas simples, de acordo com Rott (1981). Foram medidas no mínimo 20

células de cada amostra para o cálculo de seu biovolume. As fórmulas utilizadas

foram as seguintes:

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26

V= π/6.a . b2

Onde o volume (V) é calculado com base na largura média da célula (b) e

no seu comprimento total (a). Esta fórmula é utilizada em espécies que Rott

classificou como tendo forma elipsoidal rotacional com secção circular. Neste

estudo ela foi utilizada para o cálculo do biovolume de O. lacustris e C. erosa .

Para o cálculo do biovolume de M. viridis foi utilizada a seguinte fórmula

que é utilizada para células que Rott classificou como esféricas:

V= π/6.d3

Onde d é o diâmetro da célula.

Foram realizadas comparações entre os valores de biovolume das três

espécies nas diferentes razões N:P, e dentro das mesmas razões N:P em

momentos diferentes do cultivo, através de análises de variância e posteriores

testes de Tukey para amostras com número de casos desiguais (Programa

Statistica 5.0, 1995).

O biovolume médio de cada tratamento para as três espécies ao longo do

experimento foi estimado através do cálculo de uma função polinomial, obtida

pelo programa Excel (Microsoft Office, 1998) que relacionou o volume celular

com o tempo de experimento. A partir destes dados foram construídas as curvas

de crescimento de cada espécie nas diferentes razões N:P em biovolume por

mililitro de cultura (µm3/ml).

As taxas de crescimento para cada amostra foram calculadas através de

regressão linear (program Excel, Microsoft Office 1998), para a fase

exponencial de crescimento das espécies. Foi utilizado o logaritimo natural das

densidades em biovolume de cada espécie. Neste caso µ é o coeficiente de

inclinação da equação da reta em gráfico onde o y é a concentração celular e x é

o tempo de experimento em dias.

Análises de co-variância foram realizadas para comparação da fase

exponencial de crescimento entre tratamentos de uma mesma espécie. Foram

consideradas na análise diferenças significativas (p<0,005) e altamente

significativas (p<0,001)

27

27

Uma regressão não linear foi utilizada para adequar os resultados dos

experimentos de crescimento de cada espécie ao modelo de Monod, utilizando-

se o programa estatístico JMP versão 5.0, seguindo a seguinte equação:

µ= µma x . S/(KS + S)

onde µ e µma x são a taxa de crescimento e a taxa máxima de crescimento

respectivamente, S é a concentração nutricional e KS é a constante de semi-

saturação do crescimento.

Para se obter poder preditivo, sobre os resultados das interações

competitivas entre as três espécies, foi calculada a quantidade mínima de

fósforo e nitrogênio necessária para que a espécie equilibre a sua taxa de

crescimento à sua taxa de perda em cultura:

R*= DKS/(µma x- D)

onde D é a taxa independente de perda de nutrientes (mortalidade)

definida como a taxa hipotética de 0,25d- 1 para culturas do tipo ``batch´´

(Grover, 1989; Giani e Delgado, 1998). De acordo com Tilman (1981) a espécie

com o menor R* para cada nutriente deve, em teoria, apresentar uma melhor

performance competitiva em meios que apresentem concentrações nutricionais

limitantes.

A afinidade pelo substrado, expresso pela curvatura inicial da curva de

saturação, µma x/KS, foi também utilizada como índice de competência

competitiva.

Ao final dos experimentos os meios de cultivo foram filtrados em filtro de

fibra de vidro e foram realizadas análises de clorofila-a seguindo a metodologia

citada por Lorenzen (1967). Com base nos valores de concentração de clorofila-

a medidos, foram calculadas as concentrações de clorofila-a por célula e por

biovolume (µm3) para as três espécies ao final dos experimentos. Foram

realizadas análises de variância (Programa Statistica 5.0, 1995) para se detectar

diferenças estatisticamente significativas entre as concentrações de clorofila nos

meios de cultura, por célula e por biovolume entre as espécies e entre diferentes

razões N:P em uma mesma espécie.

28

28

- 2.4.2 Experimentos de absorção

A complementação dos dados obtidos através da determinação das curvas

de crescimento das três espécies foi obtida através de experimentos de absorção

de fósforo e nitrogênio. Este experimento permitiu que fosse avaliada a

capacidade máxima de absorção de fósforo e nitrogênio das espécies além de

determinar outros parâmetros competitivamente relevantes.

As espécies foram cultivadas por dois dias em meios de cultivo que não

possuiam fósforo e 14 dias em meios de cultivo que não possuíam nitrogênio. As

algas alcançaram, desta forma, o estado conhecido como``starvation´´(Syrett

1981). A partir deste ponto o nutriente foi adicionado em diferentes

concentrações no meio e as espécies foram cultivadas em estufa germinadora

com fotoperíodo de 12:12 horas, temperatura de 20OC e disponibilidade

luminosa média de 60 µmol.m- 1s- 1 .

Nos experimentos de absorção de nitrogênio foi adicionado NaNO3 em 4

diferentes diluições: 3700µg/ml, 370µg/ml, 150µg/ml e 75µg/ml. Amostras

foram coletadas no início do experimento, após 12 horas, 24 horas, 36 horas, 48

horas e 60 horas. As diluições nos experimentos de fósforo foram 1800µg/ml,

180µg/ml, 35µg/ml e 18µg/ml e as coletas foram feitas após 30 minutos, 1 hora,

2 horas, 3 horas e 4 horas.

Foi calculada a taxa de absorção das três espécies para os dois nutrientes

em todas as diluições. O cálculo se baseou na assimilação dos nutrientes pelas

algas, medidos através de sua depleção no meio de cultura. Foi calculado o

biovolume das espécies no meio de cultura e as taxas de absorção foram

calculadas tendo como base a absorção do nutriente por µm3 da cultura.

Uma função hiperbólica relacionando a taxa de absorção de cada espécie

por biovolume com a concentração nutricional, foi calculada, utilizando-se o

programa estatístico JMP versão 5.0, seguindo a seguinte equação, que também

é uma derivação da equação de Monod:

v= Vma x . S/(Km + S)

29

29

onde S é a concentração do substrato, Km é a constante de semi-saturação

e Vma x é a taxa máxima de absorção nutricional. Esta função determina a

capacidade que cada espécie possui de absorver nitrogênio e fósforo em relação

à disponibilidade destes nutrientes no meio.

Foi também calculado o coeficiente de consumo em excesso (R) de

nitrogênio e fósforo para as três espécies. Segundo Tilman (1981) este

coeficiente mede a capacidade da espécie em consumir e armazenar quantidades

de reserva do nutriente quando as condições são favoráveis. O coeficiente foi

calculado dividindo-se a taxa de absorção nutricional nos meios com maior

concentração pela taxa de absorção calculada nos meios com a menor

concentração.

- 2.4.3 Experimentos de competição

Nos experimentos de competição as espécies foram cultivadas juntas, em

culturas mistas de duas espécies, nas razões N:P 4, 20 e 100. Os experimentos

foram realizados em erlenmayers de 250 ml com 100 ml de meio de cultura,

sempre em triplicata. Amostras foram coletadas a cada dois dias e duas réplicas

contadas em microscópio LEIKA com hemocitômetro do tipo Fuchs-Rosenthal.

Foram contadas no mínimo três lâminas de cada sub-amostra ou 400 células da

espécie mais abundante no caso deste valor ser alcançado antes.

Os inóculos iniciais das espécies foram a metade dos utilizados nos

experimentos de crescimento. Desta forma foi possível se acompanhar o

desenvolvimento da interação competitiva entre as espécies desde os estágios

iniciais.

2.5- Variação Sazonal da Comunidade Fitoplanctônica e de algumas

variáveis físico-químicas no Reservatório da Pampulha

Para se comparar os resultados obtidos em laboratório com os encontrados

no Reservatório da Pampulha foram utilizados os dados biológicos e físico-

químicos deste reservatório coletados e analisados no período de janeiro de

1996 a dezembro de 1998 pelos laboratórios de Ficologia, departamento de

Botânica, e Gestão de Reservatórios Tropicais, departamento de Biologia Geral

30

30

da Universidade Federal de Minas Gerais. As coletas ocorreram duas vezes ao

mês em ponto único do reservatório. As amostras foram coletadas através de

garrafa de van Dorn, a um metro de profundidade. As contagens fitoplanctônicas

foram realizadas através de microscópio invertido seguindo método de Uthermöl

(1958). As concentrações de fósforo e nitrogênio foram determinadas em

laboratório. Foram util izados os dados de concentração de fósforo solúvel e

fósforo total. As razões N:P da água do reservatório foram calculadas tendo

como base as concentrações molares de fósforo e nitrogênio (soma de todas as

formas nitrogenadas inorgânicas) durante o período de coleta. Foram calculadas

as razões N:P solúvel e N:P total do reservatório.

Foram realizadas análises de correlação linear (Programa Statistica 5.0,

1995) entre os biovolume das espécies O. lacustris, M. viridis , C. erosa , dos

gêneros Oocystis, Microcystis e Cryptomonas e também da clorofila-a (µg/l),

com as variáveis físico-químicas; temperatura, concentração de nitrogênio

dissolvido (nitrato, nitrito e amônia), fósforo solúvel reativo, fósforo total,

razão N:P solúvel e razão N:P total observados no Reservatório da Pampulha

durante o período de janeiro de 1996 a dezembro de 1998. Foram consideradas

significativas as correlações de P menor ou igual a 0,05.

31

31

3 RESULTADOS

3.1- Crescimento

Serão apresentados inicialmente os resultados de crescimento das espécies

nos meios contendo as diferentes razões N:P. As curvas de crescimento

apresentadas são as médias de duas réplicas, contadas para cada meio com as

cinco razões N:P para cada espécie. A Figura 2 apresenta as curvas de

crescimento das três espécies em logaritmo natural da densidade em células por

milili tro (cel/ml).

Nos experimentos de crescimento de Oocystis lacustris as maiores

densidades foram alcançadas nas razões N:P intermediárias (10, 20 e 40). Nos

meios com as razões N:P 4 e N:P 100 as culturas alcançaram a fase estacionária

de crescimento mais rapidamente e terminaram o experimento em densidades

menores do que nas demais razões. Todos os tratamentos alcançaram a fase

estacionária ao final do experimento. A maior densidade foi alcançada em meios

com razão N:P 10, 4.177.500 cel/ml em média. As menores foram obtidas em

meios com razões N:P 100 que chegaram a 2.255.000 cel/ml em média (Tabela

1).

Microcystis viridis foi a espécie que apresentou maior média final de

densidade com 3.836.500 cel/ml. Oocystis lacustris apresentou 3.347.500 e

Cryptomonas erosa 852.420. Microcystis viridis apresentou densidades finais

muito próximas nos meios com razões N:P 10, 20, 40 e 100 (Figura 2). Os

experimentos realizados em meios de cultivo com razão N:P 4 foram os que

apresentaram menor densidade final. É possível se observar que os cultivos de

M. viridis não alcançaram a fase estacionária de crescimento, à exceção do

cultivo no meio N:P 4. A densidade média nos meios de razão N:P 20 foi a

maior ao final do experimento, com 4.800.000 cel/ml. A menor densidade média

final foi encontrada nos meios de razão N:P 4, 2.097.500 cel/ml (tabela 1).

Cryptomonas erosa , como M. viridis , também apresentou densidades

menores em meios N:P 4 ao final do cultivo. Os meios com razão N:P 20

apresentaram uma densidade média superior aos demais, sendo que em todos as

razões as culturas alcançaram a fase estacionária de crescimento ao final do

experimento. A maior densidade final foi obtida em meios com razão N:P 20,

32

32

com 1.280.000 células por milili tro em média e a menor em meios com razão

N:P 4 com 299.175 em média.

Figura 2: Crescimento de Oocystis lacustris (A), Microcystis viridis (B) e Cryptomonas erosa (C) em ln de cel/ml nas 5 razões N:P.

A)

9

10

11

12

13

14

15

16

0 5 10 15 20 25

Dias

LN c

el/m

l

N:P4N:P10N:P20N:P40N:P100

C)

8

9

10

11

12

13

14

15

0 5 10 15 20

Dias

LN c

el/m

l


B)

9

10

11

12

13

14

15

16

0 5 10 15 20 25

Dias

LN c

el/m

l


33

33

Tabela 1: Médias de densidade inicial e final das três espécies nas cinco razões nutricionais em cel/ml.

Estão representados na tabela 2 os valores médios de biovolume das três

espécies. O biovolume foi calculado em células medidas em três fases distintas

do cultivo das espécies: na cultura estoque a ser inoculada nos meios de cultivo,

na metade do experimento e ao final do experimento. Foram medidas células de

réplicas diferentes (20 em média para cada réplica) sendo estes valores

agrupados posteriormente por razão N:P. Cryptomonas erosa apresentou em

média os maiores valores de biovolume de suas células sendo cerca de 15 vezes

maior do que M. viridis e 6 vezes maior do que O. lacustris . Os valores de

biovolume medidos para as três espécies foram significativamente diferentes

entre si (p<0,005).

A figura 3 mostra a variância entre os valores de biovolume medidos. O

resultado das análises de variância realizadas com os valores de cada espécie

nas diferentes razões e nos diferentes períodos de cultivo demonstrou que as

diferenças foram significativas (p<0,005) apenas para Cryptomonas erosa . Uma

análise de Tukey para números amostrais desiguais separou os valores de

biovolume calculados para C. erosa na cultura estoque e metade do experimento

como sendo iguais entre si e diferentes dos valores obtidos ao final do

experimento, estes últimos significativamente maiores do que os primeiros. Em

M. viridis e O. lacustris não foram encontradas diferenças significativas entre

os tamanhos das células.

O. lacustris C. erosa M. viridisDensidade InicialN:P4 13075 5925 16650N:P10 14070 4210 14500N:P20 12725 4073 25350N:P40 13587 4141 23000N:P100 8675 4773 21500

Densidade FinalN:P4 2327500 299175 2097500N:P10 4177500 802500 3910000N:P20 4022500 1280000 4800000N:P40 3955000 1041250 4400000N:P100 2255000 839175 3975000

34

34

Tabela 2: Valores de biovolume médio das células em µm3, das três espécies nas 5 razões N:P em três períodos distintos dos experimentos.

Figura 3: Valores de biovolume medidos para O. lacustris , M. viridis e C. erosa medidos nas 5 razões N:P utilizadas, na cultura estoque (1), metade do experimento (2 a 6) e final do experimento (7 a 11).

A figura 4 representa as curvas de crescimento das três espécies em

logaritmo natural da densidade em biovolume (µm3/ml). Houve pouca variação

Microcystis

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

100

200

300

400

500

600

Oocystis

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

200

400

600

800

1000

Cryptomonas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

2000

4000

6000

8000 1- Cultura Estoque

- Metade do experimento2- N:P4 3- N:P104- N:P205- N:P406-N:P100

-Final do experimento7- N:P4 8- N:P109- N:P2010- N:P4011-N:P100

Microcystis

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

100

200

300

400

500

600

Oocystis

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

200

400

600

800

1000

Cryptomonas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Biov

olum

e (u

m3)

0

2000

4000

6000

8000 1- Cultura Estoque

- Metade do experimento2- N:P4 3- N:P104- N:P205- N:P406-N:P100

-Final do experimento7- N:P4 8- N:P109- N:P2010- N:P4011-N:P100

Metade do Experimento Final do ExperimentoCultura Estoque N:P4 N:P10 N:P20 N:P40 N:P100 N:P4 N:P10 N:P20 N:P40 N:P100

O. lacustris 437 325 312 359 399 326 353 355 320 352 392M. viridis 178 195 183 154 144 143 199 192 163 115 159C. erosa 2742 3330 2759 1998 2271 2148 4481 4372 3619 3984 4119

35

35

em relação aos gráficos (Figura 2), já apresentados, em célula por mililitro

(cel/ml) de cultura.

Figura 4: Crescimento de Oocystis lacustris (A), Microcystis viridis (B) e Cryptomonas erosa (C) em Logaritmo na base natural de µm3/ml nas 5 razões N:P.

A)

15

16

17

18

19

20

21

22

0 5 10 15 20 25

Dias

LN u

m3 /m

l


C)

15

16

17

18

19

20

21

22

23

0 5 10 15 20

Dias

LN u

m3 /m

l


B)

15

16

17

18

19

20

21

0 5 10 15 20 25

Dias

LN u

m3 /m

l


36

36

As culturas de C. erosa em todas as razões N:P apresentaram densidade

final superior às de O. lacustris e M. viridis . A densidade média final dos

cultivos com C. erosa foi 2,97.109 µm3/ml contra 1,22.109 µm3/ml de

O.lacustris e 0,64.109 µm3/ml de M.viridis . A tabela 3 apresenta os valores de

densidade inicial e final em biovolume das três espécies em todas as razões N:P

utilizadas nos experimentos. As análises de co-variância realizadas não

mostraram diferenças significativas (p<0,005) entre o crescimento exponencial

de nenhuma das três espécies com relação à razão N:P utilizada.

Tabela 3: Valores de densidade inicial e final das três espécies nas cinco razões nutricionais em biovolume, µm3/ml.106.

A figura 5 apresenta as concentrações de clorofila-a medidas nos meios de

cultura ao final dos experimentos. Cryptomonas erosa apresentou valores de

clorofila-a significativamente superiores (p<0,005) aos valores de O. lacustris e

M. viridis nas 5 razões N:P. A tabela 4 apresenta as concentração de clorofila-a

medidas por célula e por biovolume (µm3) das três espécies em todas as razões

N:P. Cryptomonas erosa apresentou as maiores concentrações por célula e

biovolume em todas as razões N:P, sendo significativamente superiores as

concentrações de O. lacustris e M. viridis que, por sua vez, não diferiram

significativamente entre seus valores.

As concentrações de clorofila-a por célula e por biovolume aumentaram

nas células cultivadas em meios com razões N:P 20, 40 e 100 em O. lacustris e

C. erosa , apesar destas diferenças não serem estatisticamente significativas

O. lacustris C. erosa M. viridisDensidade InicialN:P4 5,71 16,24 2,97N:P10 6,14 11,54 2,58N:P20 5,56 11,17 4,52N:P40 5,93 11,35 4,10N:P100 3,79 13,09 3,83

Densidade FinalN:P4 819,91 1259,78 417,05N:P10 1470,48 3141,03 754,98N:P20 1538,68 3951,43 779,94N:P40 1390,98 3546,23 621,67N:P100 864,09 2942,62 643,31

37

37

(p<0,005). Microcystis viridis não apresentou variação na concentração de

clorofila-a por célula ou por biovolume em relação à razão N:P utilizada. As

maiores concentrações de clorofila-a foram obtidas na razão N:P 40 para M.

viridis e C. erosa , e na razão N:P 20 para O. lacustris .

Figura 5: Concentração de clorofila-a nos meios de cultura em µg/l ao final dos experimentos de crescimento.

Tabela4: Concentração de clorofila-a medida ao final de cada experimento para as três espécies no meio, por célula e por biovolume.

Espécie Razão Conc. Final (ug/L) Conc. Célula (pg/cel) Conc. Biovolume (pg/um3)

O . Lacustris N:P4 42,768 0,0184 5,22.10-6

N:P10 90,882 0,0218 6,18.10-6

N:P20 588,060 0,1462 3,82.10-5

N:P40 272,646 0,0689 1,96.10-5

N:P100 122,958 0,0545 1,42.10-5

M. viridis N:P4 192,456 0,0918 1,53.10-5

N:P10 352,836 0,0902 1,12.10-5

N:P20 486,486 0,1014 1,23.10-5

N:P40 545,292 0,1239 1,57.10-5

N:P100 326,106 0,0820 1,11.10-5

C. erosa N:P4 267,300 0,8935 2,12.10-5

N:P10 775,176 0,9660 2,47.10-5

N:P20 2336,202 1,8252 5,91.10-5

N:P40 2173,322 2,1562 6,26.10-5

N:P100 1512,918 1,8029 5,14.10-5

0

500

1000

1500

2000

2500

4 10 20 40 100

Razão N:P

Clo

rofil

a (u

g/L

)

O. lacustrisM . viridisC. erosa

38

38

A figura 6 apresenta as curvas de crescimento relacionadas à concentração

de fósforo e nitrogênio das três espécies, calculadas a partir dos dados de

densidade em µm3/ml seguindo a equação de Monod. A tabela 5 apresenta os

parâmetros de crescimento calculados a partir destas regressões. Estes

parâmetros servem como índices competitivos das espécies. Segundo Tilman e

Kilham (1976) em um grupo de espécies competindo pelo mesmo nutriente

limitante e que apresentam valores similares de taxas de crescimento máximas, a

espécie com o menor valor de Ks deve sobrepujar as demais. Como as espécies,

em geral, não apresentam valores iguais de taxas máximas de crescimento, a

concentração nutricional requerida por uma população algal em equilíbrio, R*,

ou a curvatura inicial da curva de Monod, µma x/Ks são utilizadas para se prever o

resultado da interação competitiva (Tilman, 1981). A espécie que apresenta o

menor R* ou o maior valor de µma x/Ks deverá vencer o processo competitivo

(Giani e Delgado, 1998).

Tabela 5: Parâmetros de crescimento das três espécies, obtidos a partir de regressões não lineares adaptadas ao modelo de Monod em biovolume. Taxa máxima de crescimento (µma x) , constante média de saturação do crescimento (Ks), concentração nutricional mínima requerida por uma população algal em equilíbrio (R*, calculada para a taxa de mortalidade de 0,25d- 1 e curvatura inicial da curva de Monod (µma x/KS).

Cryptomonas erosa apresentou os parâmetros mais favoráveis nos

experimentos com ambos os nutrientes. O valor de R* calculado para esta

espécie, foi inferior tanto para nitrogênio quanto para fósforo, em relação às

demais espécies. Segundo o modelo de competição diferencial por nutrientes,

esta espécie deveria vencer o processo competitivo quando colocada em culturas

mistas com M. viridis e O. lacustris . Oocystis lacustris e Microcystis viridis

apresentaram valores muito similares calculados para µma x/Ks nos experimentos

Espécie µmax (d-1) Ks (µmol/L) R(µmol/L) µmax/Ks (µmolL-1d-1)

Nitrogênio O. lacustris 0,531 7,880 7,016 0,067M. viridis 0,305 4,650 21,291 0,066C. erosa 0,555 4,950 4,056 0,112

Fósforo O. lacustris 0,543 0,260 0,222 2,088M. viridis 0,307 0,129 0,564 2,381C. erosa 0,648 0,106 0,067 6,113

39

39

com fósforo e nitrogênio mas o valor de R* para O. lacustris foi muito inferior

em ambos.

É importante frisar que apenas O. lacustris apresentou valores crescentes

de taxa de crescimento média com o aumento da concentração de fósforo e

nitrogênio. Cryptomonas erosa apresentou um padrão, no caso das

concentrações de fósforo, inverso, com as maiores taxas de crescimento sendo

obtidas em concentrações menores do nutriente.

40

40

Figura 6: Crescimento das três espécies em relação às concentrações molares de fósforo e nitrogênio. As curvas foram construídas a partir de regressões não lineares dos dados em biovolume.

3.2- Absorção de Fósforo e Nitrogênio

A figura 7 apresenta as curvas de absorção das três espécies nos

experimentos de fósforo e nitrogênio. A tabela 6 apresenta os parâmetros de

absorção calculados para as três espécies: a densidade média em biovolume, a

taxa máxima de absorção em µg do nutriente/µm3/h e o coeficiente de saturação

média de cada espécie, estes dois últimos calculados a partir da equação de

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,60

tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,60

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175S

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175S

0,000

0,075

0,1500,200

0,2750,325

0,4000,450

0,5250,575

Tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175s

Oocystis

Microcystis

Cryptomonas

P (µmol/L) N (µmol/L)

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,60

tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,60

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175S

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175S

0,000

0,075

0,1500,200

0,2750,325

0,4000,450

0,5250,575

Tx c

resc

0 2 4 6 8 10S

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

tx c

resc

0 25 50 75 100 125 150 175s

Oocystis

Microcystis

Cryptomonas

P (µmol/L) N (µmol/L)

41

41

Monod. O coeficiente de saturação média é considerado como uma constante

espécie-específica e tem sido reconhecido como uma medida da habilidade

relativa de cada espécie em usar baixas concentrações dos nutrientes. Quando as

concentrações ambientais são baixas, espécies com baixos valores de Km têm

uma vantagem, teórica, sobre espécies com altos Km (Reynolds, 1999).

Tabela 6: Parâmetros de absorção de fósforo (K2HPO4) e nitrogênio (NaNO3) das três espécies. Densidade média de cada espécie nos cultivos em biovolume, taxa máxima de absorção, constante média de saturação da absorção (Km) e coeficiente de consumo em excesso (R).

Nos experimentos de absorção de fósforo, M. viridis apresentou o menor

valor de Km, 44,88 µg/l e a maior taxa de absorção máxima, 1,57.10- 6 µg/µm3/h.

Estes valores foram calculados para uma densidade média de 2,17.108 µm3/ml ao

longo do experimento. Cryptomonas erosa apresentou valores muito próximos a

M. viridis (45,94 µg/l de Km e 1,56. 10- 6µg/µm3/h de absorção máxima) para

uma densidade média de 2,83.108 µm3/ml. Oocystis lacustris foi a espécie cujos

parâmetros de absorção foram menos favoráveis para a absorção de fósforo. Esta

espécie teve 54,95 µg/l de Km e 6,977x10- 7 µg/µm3/h para uma densidade

média de 5,38.108 µm3/ml.

Nos experimentos de absorção de nitrogênio, O. lacustris apresentou o

menor valor de Km, 73,60 µg/l. A sua taxa máxima de absorção foi 5,76.10-6

µg/µm3/dia para uma densidade média de 3,15.108 µm3/ml. Cryptomonas erosa

apresentou a maior taxa de absorção com 2,15.10- 5 µg/µm3/dia, mas em

compensação também possuiu o maior valor de Km, 178,07 µg/l para uma

Fósforo

Densidade Média (um3/ml) Tx máx de absorção (ug/um 3/h) Km (ug/l) R

O . Lacustris 5,38.108 6,98.10-7 54,95 9M. viridis 2,17.108 1,57.10-6 44,88 26C. erosa 2,83.108 1,56.10-6 45,94 33

NitrogênioDensidade Média (um3/ml) Tx máx de absorção (ug/um 3/h) Km (ug/l) R

O . Lacustris 3,15.108 5,76.10-6 73,6 122M. viridis 7,08.107 3,9.10-6 79,31 3C. erosa 1,61.108 2,15.10-5 178,07 18

42

42

densidade média de 1,61 µm3/ml. Microcystis viridis apresentou valores

intermediários de Km, 79,3 µg/l e taxa máxima de absorção de 3,9.10- 6

µg/µm3/dia, comparada às outras espécies, para 7,08.107 µm3 de densidade

média.

Figura 7: Curvas de absorção das três espécies para fósforo e nitrogênio.

0

2,5e-8

5e-8

7,5e-8

0,0000001

1,25e-7

tx a

bsor

ção

0 500 1000 1500 2000 2500P

0

0,0000025

0,000005

0,0000075

0,00001

0,0000125

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000N

0

0,0000005

0,000001

0,0000015

0,000002

tx a

bsor

ção

0 250 500 750 1000 1250P

0

0,000001

0,000002

0,000003

0,000004

0,000005

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000N

0

5e-8

0,0000001

1,5e-7

0,0000002

tx a

bsor

ção

0 500 1000 1500 2000P

0

0,000005

0,00001

0,000015

0,00002

0,000025

0,00003

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000 5000N

Oocystis

Microcystis

Cryptomonas

P (ug/l) N (ug/l)

0

2,5e-8

5e-8

7,5e-8

0,0000001

1,25e-7

tx a

bsor

ção

0 500 1000 1500 2000 2500P

0

0,0000025

0,000005

0,0000075

0,00001

0,0000125

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000N

0

0,0000005

0,000001

0,0000015

0,000002

tx a

bsor

ção

0 250 500 750 1000 1250P

0

0,000001

0,000002

0,000003

0,000004

0,000005

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000N

0

5e-8

0,0000001

1,5e-7

0,0000002

tx a

bsor

ção

0 500 1000 1500 2000P

0

0,000005

0,00001

0,000015

0,00002

0,000025

0,00003

tx a

bsor

ção

0 1000 2000 3000 4000 5000N

Oocystis

Microcystis

Cryptomonas

P (ug/l) N (ug/l)

43

43

3.3- Competição entre as espécies

Foram realizados três experimentos com culturas mistas para se avaliar o

efeito da razão nutricional na interação competitiva das espécies. Para os

experimentos de competição foram utilizadas apenas as razões nutricionais

extremas dos experimentos de crescimento, N:P 4 e 100, além da razão N:P 20.

O primeiro experimento utilizou O. lacustris e M. viridis e teve a duração de 19

dias (à exceção das réplicas de razão N:P 100 que tiveram 17 dias de duração

devido a inutilização da última coleta). Oocystis lacustris apresentou as maiores

densidades em todas as razões N:P (Figura 8). A maior variação foi observada

na razão N:P 4 e a menor na razão N:P 100. Este resultado está de acordo com o

observado nos parâmetros de crescimento, pois, O. lacustris sempre apresentou

os menores valores de R* em relação a M. viridis , e esta última teve melhor

desempenho nos parâmetros competitivos quando relacionados ao fósforo, o que

explica o seu maior crescimento no meio N:P 100.

O segundo experimento reuniu O. lacustris e C. erosa (Figura 9). Como

comentado anteriormente, C. erosa foi a espécie que apresentou os melhores

índices competitivos. Os experimentos demostraram esta vantagem, na prática

em todas as razões utilizadas com a densidade de C. erosa sendo superior em

todos os experimentos (N:P 4, 20 e 100). O mesmo ocorreu nos experimentos de

competição entre C. erosa e M. viridis (Figura 10).

44

44

Figura 8: Crescimento de Oocystis lacustris e Microcystis viridis em culturas mistas nas razões N:P 4 (A), 20 (B) e 100 (C).

A)

0,00E+00

2,00E+08

4,00E+08

6,00E+08

8,00E+08

1,00E+09

1,20E+09

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

M . viridis

O. lacustris

B)

0,00E+00

2,00E+08

4,00E+08

6,00E+08

8,00E+08

1,00E+09

1,20E+09

1,40E+09

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

C)

0,00E+001,00E+082,00E+083,00E+084,00E+085,00E+086,00E+087,00E+088,00E+08

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

45

45

Figura 9: Crescimento de Oocystis lacustris e Cryptomonas erosa em culturas mistas nas razões N:P 4 (A), 20 (B) e 100 (C).

A)

0,00E+00

1,50E+08

3,00E+08

4,50E+08

6,00E+08

7,50E+08

9,00E+08

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

O. lacustris

C. erosa

B)

0,00E+00

5,00E+08

1,00E+09

1,50E+09

2,00E+09

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

C)

0,00E+00

3,00E+08

6,00E+08

9,00E+08

1,20E+09

1,50E+09

1,80E+09

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

46

46

Figura 10: Crescimento de Microcytis viridis e Cryptomonas erosa em culturas mistas nas razões N:P 4 (A), 20 (B) e 100 (C).

A)

0,00E+00

1,50E+08

3,00E+08

4,50E+08

6,00E+08

7,50E+08

0 5 10 15 20Dias

Bio

volu

me/

ml

M . viridis

C. erosa

B)

0,00E+00

5,00E+08

1,00E+09

1,50E+09

2,00E+09

2,50E+09

0 5 10 15 20

Dias

Bio

volu

me/

ml

C)

0,00E+00

4,00E+08

8,00E+08

1,20E+09

1,60E+09

2,00E+09

0 5 10 15 20

Dias

Bio

volu

me/

ml

47

47

3.4- Variação sazonal das espécies no ambiente natural: Reservatório

da Pampulha

A figura 11 apresenta as variações sazonais de O. lacustris , M. viridis e

C. erosa no período de três anos, janeiro de 1996 a dezembro de 1998, no

Reservatório da Pampulha. No início de 1996 a população de O. lacustris

apresentava a maior densidade nas águas do reservatório. Sua dominânica foi

substituida por M. viridis no início da estação chuvosa do mesmo ano. Esta

espécie apresentou floração em massa em novembro, decaindo em densidade

com o início das chuvas. A densidade de C. erosa começou a ser representativa

no início do outono de 1997 (início da estação seca) e a espécie manteve sua

dominância por praticamente todo o período dos dois anos seguintes, com breves

pico de O. lacustris dividindo esta dominância. Cryptomonas erosa apresentou

dois picos de crescimento máximo, o primeiro em julho de 1996 e o segundo em

junho de 1997, ou seja, sempre no inverno.

Figura 11: Variação da densidade de Cryptomonas erosa , Microcystis viridis e Oocystis lacustris em biovolume (µm3/ml) no reservatório da Pampulha de março de 1997 a abril de 1998.

Para uma análise global das modificações ocorridas na comunidade

fitoplanctônica do reservatório, foram consideradas as variações sazonais dos

gêneros Oocystis , Microcystis e Cryptomonas no mesmo período de três anos, de

janeiro de 1996 a outubro de 1998. Durante estes três anos foram identificadas

0,E+00

2,E+06

4,E+06

6,E+06

8,E+06

1,E+07

1,E+07

1,E+07

2,E+07

out-95 mai-96 dez-96 jun-97 jan-98 jul-98 fev-99

Data

Bio

volu

me

(um

3/l)

M . viridisO . lacustrisC. erosa

48

48

duas espécies pertencentes ao gênero Oocystis , O. lacustris e O. pusilla , três

espécies pertencentes ao gênero Microcystis , M. viridis , M. flos-aquae e M.

aeruginosa , e três de Cryptomonas , C. erosa , C. brasiliensis e C. curvata .

Em linhas gerais, é possível se observar um aumento gradativo da

densidade do gênero Cryptomonas ao longo dos três anos, com picos de

crescimento no inverno. Microcystis apresentou alguns picos de crescimento em

1996 e 1997, sempre no final do ano, início da estação chuvosa. Oocystis , em

comparação às demais, apresentou desidades muito baixas ao longo dos três

anos.

Figura 12: Variação da densidade de espécies dos gêneros Cryptomonas , Microcystis e Oocystis em biovolume (µm3/ml) no Reservatório da Pampulha de janerio de 1996 a novembro de 1998.

A figura 13 apresenta a variação de alguns parâmetros físico-químicos

medidos a um metro de profundidade no Reservatório da Pampulha de janeiro de

1996 a dezembro de 1998. Os valores de temperatura oscilaram sazonalmente ao

longo dos anos. As maiores temperaturas foram medidas no verão (janeiro e

fevereiro), e as menores no inverno (junho e julho). A temperatura máxima

alcançada no período foi 29,5oC e a menor 19,3oC. As concentrações de

nitrogênio também oscilaram sazonalmente no reservatório, sendo os maiores

valores observados no período seco (abril a setembro). A concentração média

deste nutriente aumentou gradualmente ao longo dos três anos no reservatório.

As concentrações de fósforo solúvel não apresentaram padrões de sazonalidade,

sendo observados picos tanto no período chuvoso quanto no seco. As

0,00E+00

1,00E+07

2,00E+07

3,00E+07

4,00E+07

5,00E+07

6,00E+07

out-95 mai-96 dez-96 jun-97 jan-98 jul-98 fev-99

Data

Bio

volu

me

(um

3/m

l)

M icrocystis

Oocystis

Cryptomonas

49

49

concentrações totais de fósforo medidas no reservatório foram maiores no

período seco, a exemplo do nitrogênio. As razões N:P solúvel e N:P total

apresentaram tendências contrárias ao longo dos três anos. Enquanto a razão N:P

solúvel apresentou valores crescentes ao longo dos três anos, a razão N:P total

nas águas do reservatório tendeu a diminuir. A concentração de clorofila-a

medida a um metro de profundidade no reservatório apresentou uma tendência

geral de aumento ao longo dos três anos.

A relação entre a variação das densidades específicas e genéricas além da

concentração de clorofila-a e a variação das características físico-químicas do

reservatório foi testada através de correlações. Os valores obtidos estão

representados na tabela 7.

As densidades de O. lacustris e do gênero Oocystis não se

correlacionaram significativamente com nenhuma das variáveis físico-químicas

do reservatório. A densidade de M. viridis se correlacionou positivamente com a

concentração de fósforo solúvel, apesar desta correlação não ser significativa

para o gênero Microcystis . Cryptomonas erosa teve a sua densidade

correlacionada positivamente com as concentrações de nitrogênio e fósforo

total. As densidades das espécies representantes do gênero Cryptomonas se

correlacionaram negativamente com a temperatura, positivamente com as

concentrações de nitrogênio, positivamente com as concentrações de fósforo

total e positivamente com as razões N:P solúvel. Clorofila se correlacionou

negativamente com fósforo solúvel, positivamente com fósforo total,

positivamente com as razões N:P solúvel e negativamente com as razões N:P

total.

50

50

Figura 13: Variação de temperatura, concentração de nitrogênio (µg/l), concentração de fósforo solúvel (µg/l), fósforo total (µg/l), N:P solúvel, N:P total e clorofila-a, medidos a um metro de profundidade no Reservatório da Pampulha, de janeiro de 1996 a dezembro de 1998.

Temperatura

05

101520253035

dez-95 ago-96 abr-97 jan-98 set-98

oC

Clorofila

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00


ug/l

Nitrogênio

0,E+00

2,E+03

4,E+03

6,E+03

8,E+03


ug/l

Fósforo total

0100200300400500600


ug/l

N:P Total

0

20

40

60

80


Raz

ão

Fósforo Solúvel

0

20

40

60

80

out-95 jul-96 mar-97 nov-97 jul-98 mar-99

ug/L

N:P Solúvel

0

100

200300

400

500

600

dez-95 ago-96 abr-97 jan-98 set-98 mai-99

Fós

foro

Sol

úvel

(ug

/l)

51

51

Tabela 7: Valores das correlações entre as densidades das espécies, gêneros e concentração de clorofila do reservatório da Pampulha com algumas variáveis físico-químicas calculadas para o período de janeiro de 1996 a novembro de 1998. Os valores em vermelho são estatisticamente significativos (p<0,005).

Temperatura Nitrogênio Fósforo Solúvel Fósforo Total N:P Solúvel N:P TotalEspécies

O . Lacustris -0,1314 0,1013 0,1715 0,2034 0,0582 -0,0377M. viridis -0,1444 0,1503 0,4816 -0,0267 -0,1821 0,1284C. erosa -0,0993 0,3124 -0,1424 0,2754 0,2376 -0,1338

Gêneros Oocystis -0,12 -0,0921 0,1296 0,2264 0,1222 -0,0644

Microcystis -0,0481 0,1286 0,0928 0,2181 0,0774 -0,1816Cryptomonas -0,256 0,4377 -0,0369 0,2889 0,2606 -0,0785

Clorofila 0,083 0,1328 -0,3776 0,6469 0,4815 -0,4053

52

52

4-DISCUSSÃO

4.1- Crescimento e competição entre as espécies:

Todas as espécies obtiveram maior densidade ao final dos experimentos de

crescimento em meios com razões intermediárias, N:P 10 no caso de O. lacustris

e N:P 20 nos casos de C. erosa e M. viridis . Espera-se, em culturas do tipo

``batch´´, que os nutrientes se tornem gradativamente menos disponíveis para o

crescimento das algas e que a biomassa algal se estabilize e decaia após certo

tempo de cultivo (Kilham, 1978). A biomassa final, desta forma, é regulada pela

concentração dos nutrientes no meio.

Apenas as culturas de M. viridis não apresentaram as suas curvas de

crescimento estabilizadas ao final do experimento, o que pode indicar que para

esta espécie os nutrientes adicionados aos meios não se encontravam

deplecionados ao fim do cultivo. Kilham (1978) argumenta que culturas do tipo

``batch´´ podem ser consideradas como um ``atalho´´ realístico para se obter

informações sobre as habilidades fisiológicas relativas de espécies

fitoplanctônicas como um fator determinante em sua interação na natureza.

Neste caso, baixas densidades iniciais devem ser utilizadas e o experimento

deve ter curta duração para que as concentrações nutricionais não variem

significativamente ao longo do experimento. Estes dois requisitos foram

respeitados nos experimentos de crescimento realizados. Foram adicionadas, em

média, 4.624 células de C. erosa , 12.426 células de O. lacustris e 20.200 de M.

viridis no início dos experimentos. Os cálculos dos parâmetros competitivos se

basearam na fase exponencial de crescimento das espécies. Kilham (1978)

util izou em seus experimentos o período de 4 a 5 dias para o cálculo da taxa de

crescimento das espécies, pois segundo a autora, após este período a

concentração nutricional no meio é reduzida a menos de 25% do total

adicionado. No presente estudo, foram utilizados os dados de crescimento dos

primeiros 5 dias para o cálculo das taxas de crescimento de C. erosa e O.

lacustris e os dados de crescimento dos primeiros 9 dias para o cálculo das taxas

de crescimento de M. viridis .

Tilman et al. (1976) demonstraram que o tamanho da colônia de

Asterionella formosa pode variar, dependendo do nutriente que limita o

53

53

crescimento e do grau desta limitação. Reynolds et al. (1997) comentam que é

largamente reconhecido que o tamanho das células, o formato e a composição

bioquímica do fitoplâncton podem mudar em resposta às mudanças nas

condições ambientais. Lynn et al. (2000) ao estudarem uma espécie de

diatomácea, Stephanodiscus minutus , verificaram que a alga apresentou um

tamanho reduzido quando a disponibilidade de nitrogênio no meio foi l imitada.

Shifrin & Chislom (1981, apud Lynn et al. 2000) afirmam haver um decréscimo

no peso celular para espécies de algas verdes, quando limitadas por nitrogênio.

Para verificar a possibilidade da limitação nutricional interferir no

biovolume celular das espécies, foram feitas medidas de biovolume das três

espécies nas cinco razões N:P em três fases distintas do cultivo, como

especificado na metodologia. Dentre as três espécies C. erosa , apresentou os

maiores valores de biovolume, seguida por O. lacustris e M. viridis . Ao

contrário do esperado, nenhuma espécie apresentou diferenças significativas

(p<0,005) em seu biovolume como conseqüência do cultivo em diferentes razões

N:P.

Outro aspecto verificado neste estudo foi a variação do biovolume celular

em relação ao tempo de cultivo. Esta verificação é fundamental para a análise

dos resultados de crescimento já que todos os índices calculados basearam-se

nos dados em biovolume. Análises de variância realizadas demonstraram que

apenas os valores de biovolume de C. erosa variaram com o tempo de cultivo.

As células medidas após 20 dias de cultivo, ou seja, ao final do experimento,

foram significativamente maiores do que as medidas no início e na metade do

experimento. Esta diferença se explica, para C. erosa , pelo fato desta espécie ter

sido a primeira a estabilizar o seu crescimento em todas as razões N:P, o que

significa que foi a primeira a deplecionar as concentrações nutricionais

adicionadas nos meios a níveis nos quais não poderia mais manter seu

crescimento. Como conseqüência, ao final dos experimentos, esta espécie

apresentava suas células bastante debilitadas, com aparente relaxamento de sua

estrutura celular devido à perda de rigidez de sua parede celular, com

consequente aumento de biovolume. Oocystis lacustris e M. viridis não

apresentaram reflexos tão extremos da escassez de nutrientes A primeira

estabilizou o seu crescimento em período de tempo superior à C. erosa e a

54

54

Segunda não chegou a estabilizar o seu crescimento na maioria dos

experimentos.

Os padrões das curvas de crescimento das espécies em µm3/ml não

diferiram das curvas em cel/ml já que as espécies não apresentaram variações

significativas no biovolume de suas células em diferentes razões N:P. As

análises de co-variância também não demonstraram diferenças significativas

entre o crescimento das espécies em diferentes razões N:P, para os dados em

µm3/ml. Estas análises foram realizadas para o período, considerado neste

estudo, como de crescimento exponencial das espécies. A similaridade entre as

curvas de crescimento das três espécies nas diferentes razões N:P pode ser

explicada, em parte, pela baixa densidade celular inoculada no início do

experimento e pelo pequeno intervalo de tempo utilizado para se calcular as

taxas de crescimento.Como o crescimento exponencial das espécies ocorreu em

períodos curtos, este crescimento nas diferentes razões não parece ter sido

suficientemente diferenciado para ser detectado estatisticamente. Após certo

tempo de cultivo estas diferenças, provalvelmente, se tornariam mais

pronunciadas como conseqüência da diminuição da concentração nutricional

disponível para o crescimento das espécies.

Foi verificado o efeito que as limitações nutricionais exerceram sobre a

composição celular das espécies, através da mensuração de sua concentração de

clorofila-a (Tabela 4). Em todas as espécies, as concentrações de clorofila-a

foram menores nos experimentos de crescimento das espécies em meios com

limitação de nitrogênio ou de fósforo.

Oocystis lacustris e Cryptomonas erosa apresentaram acentuada variação

nas concentrações finais e celulares de clorofila-a, sendo inferiores em meios de

baixas razões N:P. Nestes meios, nos quais a l imitação por nitrogênio é

induzida, era de se esperar uma menor produção das moléculas de clorofila por

parte das células já que o nitrogênio é um dos principais constituintes destas

moléculas (Stryer, 1995). Prezelin (1981) comenta que a concentração de

clorofila pode ser considerada como uma medida indireta da concentração de

nitrogênio intra e extracelular, tanto pela importância que o elemento possui na

composição da clorofila como pela presença de complexos proteínas-clorofila.

Cryptomonas erosa foi a espécie que apresentou os maiores valores totais

e concentração por célula e biovolume de clorofila-a ao fim do experimento de

55

55

crescimento em todas as razões N:P. Por ter atingido maior densidade em todas

as razões e por possuir células significativamente maiores do que as de O.

lacustris e M. viridis , estes resultados eram esperados. Raven & Kubler (2002)

comentam que quanto maior for o volume do organismo fitoplanctônico, maior

terá de ser a sua concentração de clorofila-a por mm3, já que o coeficiente de

absorção específica do pigmento é diminuído. Lynn et al. (2000) afirmam que a

concentração de clorofila tem uma relação positiva com o tamanho da célula,

particularmente com a capacidade em se estocar nitrogênio. A espécie que

apresentou as maiores variações nas concentrações de clorofila-a ao final dos

experimentos foi O. lacustris. Esta variação pode ser explicada por ser esta

espécie uma clorofícea, e, portanto, ter a clorofila-a como principal pigmento

fotossintético. Esta molécula pode, desta forma, funcionar como potencial

indicadora de estresse nutricional para a espécie. As concentrações de clorofila-

a nesta espécie foram menores em meios com baixas concentrações de

nitrogênio e fósforo, sendo a maior concentração obtida em meios com razão

N:P 20. Cryptomonas erosa , que também possui clorofila-a como importante

pigmento fotossintético, apesar de possuir reservas de ficoeritrinas (Sciandra et

al , 2000) também apresentou acentuada variação em sua concentração nas razões

N:P baixas (N:P 4 e 10) em relação às maiores concentrações (N:P 20, 40 e

100). Sciandra et al . (1976), também observaram variação nas concentrações

intracelulares de clorofila-a em Cryptomonas sp. como conseqüência de estresse

causado pela limitação de nitrogênio no meio. Microcystis viridis foi a espécie

que apresentou a menor variação em seu conteúdo intracelular de clorofila-a.

Cianobactérias possuem diversas categorias de pigmentos fotossintetizantes,

dentre os quais se destacam ficocianinas, alo-ficocianinas e ficoeritrinas, que

respondem por grande parte de seu potencial fotossintetizante (Allen et al ,

1990). As variações mínimas no seu conteúdo intracelular de clorofila-a em

diferentes razões N:P pode indicar que nesta espécie a variação na

disponibilidade nutricional pode estar refletida na concentração de outros

pigmentos.

Os resultados obtidos neste estudo estão em consonância com os

observados na literatura (Dillon e Rigler, 1974; Tilman, 1982; Lynn et al. ,

2000), que indicam que as concentrações de clorofila-a estão positivamente

relacionadas às de fósforo e nitrogênio em diversas espécies algais.

56

56

Para o cálculo dos parâmetros que indicam habilidade competitiva das

espécies foram utilizados os dados em biovolume. Grover (1989) coloca que a

existência de uma correlação entre µma x e o volume celular indica a

possibilidade que o tamanho celular seja um preditor útil do resultado da

interação competitiva entre espécies fitoplanctônicas. Neste trabalho foram

utilizadas espécies que diferiam nos valores de biovolume celular, como

comentado acima. A utilização de uma unidade de crescimento como cel/ml

acarretaria em um erro na análise dos resultados, já que não descreveria

corretamente as densidades relativas de cada espécie no meio de cultura.

Os parâmetros de crescimento calculados para as três espécies indicaram

que C. erosa deslocaria competitivamente M. viridis e O.lacustris quando em

meios limitados tanto por fósforo quanto por nitrogênio. Cryptomonas erosa

apresentou os menores valores de R*, que indica a concentração mínima

necessária para manter uma população estável, para os dois nutrientes. Através

destes mesmos experimentos foi previsto que O. lacustris deslocaria

competitivamente M. viridis em culturas mistas, também com limitação de

ambos os nutrientes. Destes resultados presume-se que não é possível, tendo

como base apenas o requerimento por nitrogênio e fósforo, construir um meio no

qual as três espécies possam coexistir. Para que isto ocorresse, as espécies

teriam que diferir em suas habilidades competitivas por fósforo e nitrogênio de

forma a possibilitar que enquanto uma fosse limitada por nitrogênio a outra o

seria por fósforo, ou seja, elas não estariam em competição direta entre si

(Reynolds, 1999). Os experimentos de competição, realizados com culturas

mistas confirmaram esta previsão obtida nos experimentos de crescimento

individual das espécies. Estes resultados demonstram que apesar dos problemas

relacionados à utilização de culturas descontínuas, o modelo de Monod

aparentemente descreve adequadamente os resultados obtidos por experimentos

de curta duração em culturas do tipo ``batch´´ como descrito por Kilham (1978).

A tabela 8 apresenta os valores de R* e µma x/Ks obtidos em alguns

trabalhos realizados com clorofíceas, cianobactérias e criptofíceas. Existe uma

grande variação nos valores obtidos. Esta variação pode ser explicada pela

escolha de diferentes condições de cultivo, como temperatura e luminosidade,

diferente número de diluições nutricionais para o cálculo dos parâmetros e

57

57

utilização de diferentes espécies destes grupos, e mesmo entre espécies iguais

mas de cepas diferentes.

Tabela 8: Parâmetros competitivos de algumas espécies calculados através do modelo de Monod, encontrados na literatura.

* Trabalhos que usaram a concentração nutricional no meio em µmol/l

** Trabalhos que usaram a concentração nutricional no meio em µg/l

Por outro lado a determinação dos parâmetros competitivos calculados

tendo como base o crescimento diferencial das espécies não é suficiente para a

definição dos melhores competidores em diferentes concentrações nutricionais

(Ahlgreen, 1977). É preciso que se conheçam as habilidades que cada espécie

possui em absorver os nutrientes no meio e também a sua estratégia de

armazenamento. Em última instância, são as capacidades de cada espécie em

absorver e responder às concentrações nutricionais no meio que determinarão o

seu desempenho competitivo em ambientes naturais. Muitos trabalhos, desta

forma, focaram as habilidades de absorção nutricional das espécies, pois,

segundo Ahlgreen (1977), a taxa de crescimento pode se dever, muitas vezes, à

Autor Ano de Publicação Nutriente Temperatura (oC) Grupo Espécie R* µmax/Ks

Grover 1989 Fósforo 12 Chlorophyceae Chlamydomonas sp 0,0033* 111*Chlorella sp. 0,01* 36*

Oocystis pusilla 0,011* 44*Scenedesmus quadricauda 0,023* 18*

Cryptophyceae Cryptomonas sp 0,014* 34*

Grover; Sterner & Robinson 1999 Nitrogênio Variável Chlorophyceae Chlorella vulgaris 0,315** 0,13**

Cryptophyceae Cryptomonas sp. 57,29** 0,72**

Cyanobacteria Merismopedia tenuissima 1,49** 0,24**

Fósforo Chlorophyceae Kirchneriella sp. 1,23** 0,27**

Cyanobacteria Merismopedia tenuissima 2,32** 0,2075**

Giani & Delgado 1998 Nitrogênio 20 Chlorophyceae Oocystis lacustris 3,606* 0,146*

Cyanobacteria Synechocystis sp. 2,283* 0,196*

Fósforo Chlorophyceae Oocystis lacustris 0,081* 6,78*

Cyanobacteria Synechocystis sp. 0,188* 2,249*

Este trabalho 2003 Nitrogênio 20 Chlorophyceae Oocystis lacustris 7,016* 0,67*

Cyanobacteria Microcystis viridis 21,291* 0,66*

Cryptophyceae Cryptomonas erosa 4,056* 0,112*

Fósforo Chlorophyceae Oocystis lacustris 0,222* 2,088*

Cyanobacteria Microcystis viridis 0,564* 2,381*

Cryptophyceae Cryptomonas erosa 0,067* 6,113*

58

58

concentração nutricional intracelular e não à concentração de nutrientes no

meios de cultivo.

4.2- Absorção de fósforo e nitrogênio:

Os experimentos de absorção foram realizados para esclarecer o processo

de obtenção de fósforo e nitrogênio pelas três espécies. Reynolds (1999)

comenta que para a construção de biomassa todas as espécies algais necessitam

de aproximadamente os mesmos elementos essenciais na mesma quantidade

relativa, o que realmente varia entre as espécies é a capacidade em absorver

nutrientes e as concentrações externas capazes de saturar a absorção. Segundo

Sommer (1984) existem, teoricamente, três casos de estratégias competitivas

para a absorção nutricional. Espécies adaptadas à velocidade, que possuem uma

alta taxa de absorção e simultânea alta taxa de crescimento. Espécies adaptadas

ao armazenamento que utilizam o pulso de nutrientes adicionados ao meio para

um consumo em excesso (luxury consumption) e espécies com alta afinidade

pelo nutriente, ou seja, com baixos valores de Km. As espécies que se

especializam à velocidade de consumo e divisão celular, são consideradas como

tendo uma estratégia de vida r, ou seja, aproveitam eventos imprevisíveis e

inconstantes para aumentar sua estratégia no ambiente, enquanto as espécies

adaptadas ao armazenamento e à afinidade adotam uma estratégia de vida K,

com a manutenção de populações estáveis por longos períodos de tempo.

Após a adição do nutriente nas culturas são formados reservatórios

provisórios não assimilados cujos tamanhos são determinados pelas condições

anteriores das células (Frenette et al. , 1998; Lomas & Glibert, 2000). Os

resultados dos experimentos de absorção demonstraram que o período de

aclimatação das células em meios sem os nutrientes foram suficientes para que

se alcançasse o estado de ``starvation´´ nas três espécies já que a absorção

nutricional foi sempre positiva em relação ao tempo de experimento para as três

espécies em praticamente todas as diluições.

Os experimentos de absorção de fósforo demonstraram que M. viridis

apresentou as maiores taxas máximas de absorção, ou seja, a maior capacidade

de absorção de fósforo por unidade de tempo comparada às demais. Esta espécie

também foi a que apresentou os menores valores da constante de semi-saturação,

59

59

o que demonstra que para atingir a sua capacidade máxima de absorção necessita

de uma quantidade de fósforo inferior ao necessário para O.lacustris e C. erosa .

Cryptomonas erosa , no entanto, apresentou valores muito próximos aos de M.

viridis , sendo que as duas espécies podem ser consideradas como tendo

habilidades similares de absorção de fósforo. Oocystis lacustris foi a que

apresentou, experimentalmente, o desempenho menos favorável na absorção de

fósforo. Quanto ao nitrogênio, O.lacustris foi a que apresentou o menor valor de

saturação média apesar de C. erosa ter a maior taxa de absorção. A constante de

semi-saturação desta última espécie, no entanto, foi a maior entre as três

espécies, o que indica que necessita de grandes quantidades do nutriente no

meio para alcançar a sua taxa máxima de absorção. Nos experimentos com o

nitrogênio, M. viridis apresentou valores intermediários de taxa de absorção e

constante média de saturação.

Como comentado anteriormente, indivíduos são capazes de adquirir

nutrientes para uso futuro, o que é conhecido como ``consumo em excesso´´

(Tilman, 1982). Um dos parâmetros que pode ser utilizado para se verificar a

capacidade absortiva de determinada espécie é o coeficiente de consumo em

excesso (R) de um determinado nutriente por esta espécie (Tilman, 1981). Este

coeficiente nada mais é do que a razão entre a taxa de absorção de determinado

nutriente pela espécie quando este não é limitante ao seu crescimento e a taxa de

absorção quando o nutriente está em concentração limitante no meio. Ele mede,

desta forma, a capacidade da espécie em consumir e armazenar quantidades de

reserva do nutriente quando as condições são favoráveis, o que aumenta a sua

capacidade de crescimento quando o nutriente se encontra em concentrações

limitantes. Para fósforo, a espécie que possuiu o maior R, maior capacidade de

armazenamento, foi C. erosa . Já para o nitrogênio foi O. lacustris que

apresentou o maior valor de R.

Através do exposto acima, é possível que se trace o perfil de absorção de

fósforo e nitrogênio das três espécies util izadas nos experimentos. O. lacustris ,

como demonstrado pelo experimento de absorção de fósforo, possui baixa

capacidade de absorção deste nutriente. Sua taxa máxima de absorção foi

inferior às das outras duas espécies, a sua constante média de saturação foi a

mais alta, indicando que as concentrações de fósforo necessárias para que a

espécie atinja sua taxa máxima de absorção é alta. A sua afinidade pelo

60

60

substrato foi também a menor encontrada para as três espécies. Cryptomonas

erosa e Microcystis viridis apresentaram comportamento similar em relação à

absorção de fósforo sendo que C. erosa apresentou uma vantagem competitiva

por apresentar maior afinidade pelo substrado. Isvanovics et al (2000)

comentam que cianobactérias são reconhecidamente armazenadoras de fósforo.

Neste estudo verificou-se que C. erosa parece seguir o mesmo comportamento.

Quanto ao nitrogênio, O. lacustris foi a espécie que apresentou o menor

valor de Km e a maior afinidade, demonstrando a sua capacidade de utilizar

baixas concentrações deste nutriente e estocá-lo para uso futuro. Cryptomonas

erosa foi a espécie com maior taxa de absorção demonstrando a sua

superioridade competitiva quando existe uma grande oferta de nitrogênio no

meio. Esta espécie também foi a que apresentou as maiores concentrações de

clorofila-a por biovolume como comentado anteriormente. Esta medida é um

índice da capacidade celular em estocar nitrogênio intracelular (Dortch &

Postel, 1989; Smith et al. 1997; Reynolds, 1999), indicando que a espécie além

de possuir altas taxas de absorção também possui alta capacidade de estocagem

de nitrogênio. Microcystis viridis apresentou uma afinidade muito baixa por

este nutriente.

Para se prever o resultado das interações entre espécies, não só estes

parâmetros de crescimento e absorção devem ser conhecidos. No ambiente

natural as taxas de perda das espécies representadas por mortalidade, predação e

sedimentação exercem grande pressão sobre as populações (Tilman, 1982). A

utilização de taxas baseadas apenas na mortalidade, como a utilizada neste

estudo, é uma simplificação deste processo complexo. Além disso, outros

fatores como temperatura e luminosidade também influenciam dramaticamente o

resultado das interações competitivas e podem ser determinantes no seu

resultado final. Tilman e Kiesling (1984) descobriram que além das baixas

razões N:P, cianobactérias, em geral, necessitam de altas temperaturas para se

tornarem dominantes. Apesar da grande contribuição que estudos experimentais

vêm adicionando ao conhecimento das habilidades fisiológicas das espécies

fitoplanctônicas, é sabido que a sua limitação é enorme se comparados às

diversas variáveis interagentes em ambientes naturais que respondem pela

diversidade de suas comunidades. Como será visto a seguir, uma das formas de

61

61

amenizar esta limitação é a utilização de enfoques experimentais em conjunto

com dados obtidos em corpos d´água naturais.

4.3- Variação sazonal das espécies no ambiente natural: Reservatório

da Pampulha.

Em reservatórios tropicais, oscilações na radiação total e temperatura da

água não são tão altas como as encontradas em reservatórios localizados em

regiões temperadas. No entanto, reservatórios tropicais também sofrem

mudanças sazonais climatológicas, principalmente as relacionadas à

precipitação, que abrangem modificações nas características físicas e químicas

da água (Pinto-Coelho & Giani, 1985; Giani, 1994; Hooker & Hernandez, 1991).

Zevenboom & Mur (1980) comentam que apesar da dificuldade em se extrapolar

os resultados obtidos em laboratório para ambientes naturais, as previsões

qualitativas possibili tam que se prevejam os mecanismos responsáveis pelas

mudanças na comunidade fitoplanctônica. No Reservatório da Pampulha, as

concentrações de nitrogênio e fósforo se encontram em valores não limitantes

para o crescimento das espécies na maior parte do ano. Os dois nutrientes

apresentam uma baixa significativa em sua concentração no início da estação

chuvosa, provavelmente, como conseqüência do aumento do volume de água

existente no reservatório causado pela própria chuva. Tilman (1982) comenta

que a peça central necessária para que seja possível se prever o resultado à

longo prazo da competição entre espécies em ambientes cujas características

fisico-químicas da coluna d´água são instáveis, é o efeito da flutuação dos

recursos nas taxas reprodutivas das espécies a longo prazo. No Reservatório da

Pampulha pode ser observada uma tendência de aumento do fósforo e do

nitrogênio, como demonstrado pelos gráficos da figura 12.

A densidade de C. erosa e do gênero Cryptomonas, constituído no

Reservatório da Pampulha por três espécies, se correlacionam positivamente

(p<0,05) com o aumento da concentração molar de nitrogênio e fósforo total nas

águas do reservatório. Os experimento de crescimento demonstraram que esta

espécie seria capaz de vencer a competição com O. lacustris e M. viridis mesmo

em condições de limitação por fósforo e nitrogênio. No entanto, como

comentado por Kilham (1978) o crescimento das espécies em meios com

62

62

concentrações limitantes de fósforo e nitrogênio pode ser influenciada pelas

reservas destes nutrientes acumuladas nas células, e não, apenas, à concentração

nutricional nos meios de cultivo. Outro aspecto é a quantidade de diluições

utilizadas para se determinar os parâmetros competitivos no modelo de Monod.

Quanto maior o número de diluições maior o poder preditivo do modelo. Para

que seja diminuída a possibilidade de erro ao se inferir na dinâmica de

determinado corpo d´água tendo como base os resultados de experimetos de

crescimento, são realizados experimentos para a identificação dos parâmetros de

absorção nutricional das espécies fitoplanctônicas em diversas concentrações de

nutrientes (Ahlgreen, 1977).

Os experimentos de absorção de nitrogênio e fósforo demonstraram que C.

erosa possui a maior afinidade por fósforo, além de alta taxa máxima de

absorção e baixo valor de constante de semi-saturação para este nutriente, e a

maior capacidade de absorção de nitrogênio. Apesar de possuir a maior taxa

máxima de absorção de nitrogênio, C. erosa possui baixa afinidade e alto valor

de KM para este nutriente. Seria esperado, de acordo com estes resultados, que

C. erosa se tornasse dominante em determinado reservatório, somente se este

reservatório possuísse concentrações não limitantes de nitrogênio. Pode se

observar que as correlações entre a densidade de C. erosa e das demais espécies

do gênero Cryptomonas e as concentrações molares de nitrogênio calculadas

para o Reservatório da Pampulha, foram superiores à correlação com a

concentrações de fósforo total. Huszar & Caraco (1998) não obsevaram nenhuma

correlação entre as concentrações de fósforo em 6 reservatórios temperados e a

densidade de cryptofíceas. Este resultado reforça a suposição de que o aumento

da concentração de nitrogênio é o fator determinante para o aumento da

densidade e dominância de C. erosa e do gênero Cryptomonas no Reservatório

da Pampulha.

Huszar & Caraco (1998) comentam que a concentração de fósforo total

pode ser considerado um bom preditor da biomassa fitoplanctônica em

determinado reservatório e tem sido usado com relativo sucesso na predição de

sua composição taxonômica. A concentração de fósforo total estaria ligada

diretamente à abundância relativa de cianobactérias no reservatório. Neste

estudo não foi observada nenhuma correlação entre a concentração de fósforo

total e as densidades de M. viridis e das espécies constituintes do gênero

63

63

Microcystis . Este fato pode indicar que outras variáveis ambientais estão

influindo na composição taxonômica do reservatório.

A utilização da concentração total de fósforo parece ser mais apropriada

para se descrever a influência deste nutriente na dinâmica da comunidade

fitoplanctônica do Reservatório da Pampulha. A concentração de fósforo solúvel

apresentou picos durante o ano, possuindo correlação negativa com a densidade

fitoplanctônica, medida pela concentração de clorofila-a. Quanto maior a

densidade algal maior seria a absorção deste nutriente essencial para o

crescimento. Deberdt (2002) comenta que a utilização das formas dissolvidas de

nitrogênio e fósforo parece ser a mais usada para experimentos de

enriquecimento, mas que a sua validade para a caracterização de lagos é

questionável. Isto porque as algas possuem mecanismos para seqüestrar e

armazenar fósforo disponível no interior de suas células, o que dificulta julgar a

disponibilidade a partir de concentrações de fósforo solúvel na água. Reynolds

(1977) acha mais apropriado usar a concentração de fósforo total para descrever

a fertilidade de um rio ou lago, contemplando assim o fósforo intracelular

disponível para a célula algal.

As razões N:P, tanto N:P total quanto solúvel, não se correlacionaram

significativamente (p<0,05) com nenhuma das espécies estudadas. A razão N:P

total parece ser a que melhor reflete as mudanças ocorridas no reservatório. A

tendência desta razão é a sua diminuição ao longo dos anos, variando de valores

máximos de 65 a mínimos de 2 sem, no entanto, que isto signifique escassez de

nitrogênio, conceito muitas vezes mal aplicado em estudos limnológicos

(Reynolds, 1999). O aumento da entrada de fósforo, relativamente superior ao

aumento do influxo de nitrogênio, nas águas do reservatório respondem por esta

tendência de diminuição da razão N:P. Giani e Figueiredo (1999) também

observaram esta tendência de aumento da concentração de fósforo total nas

águas do reservatório. A média de concentração durante o ano de 1993 foi de

52,6 µg/l na zona eufótica aumentando para 100,3 µg/l em 1996. Neste estudo,

no entanto, não foi verificado tendência a aumento nas concentrações de nitrato,

nitrito e amônia no decorrer dos anos.

A biomassa da comunidade fitoplanctônica do reservatório se

correlacionou negativamente com a razão N:P total. Esta correlação, no entanto,

parece ser reflexo da alta correlação positiva entre os valores de clorofila-a e

64

64

fósforo total. Pode ser observada uma tendência ao aumento da biomassa algal

no período de estudo e este aumento parce estar ligado diretamente ao aumento

do influxo de fósforo no reservatório (Figura 13), efeito observado em diversos

estudos realizados em ambientes aquáticos ( Schindler, 1977; Reynolds, 1984;

Ramos et al. 1986, Henry 1986, Ibañez 1988; Matveev, 1997).

Diversos fatores, no entanto, poderiam estar influenciando na composição

e biomassa da comunidade fitoplanctônica do reservatório da Pampulha, além

das concentrações de fósforo e nitrogênio. Temperatura, padrões de

estratificação e intensidade de luz são apenas alguns dos fatores que devem

estar contribuindo no metabolismo das espécies e nas suas habilidades de

crescimento e absorção de nutrientes. Ojala et al (1996) comentam que em

ambientes aquáticos o crescimento do fitoplâncton é primariamente determinado

pela disponibilidade luminosa e de nutrientes, cuja utilização e estoques são

modificados pelas variáveis físicas e químicas da água. Figueredo & Giani

(2001) concluíram que no Reservatório da Pampulha, mudanças na diversidade

específica parecem ser controladas basicamente por fatores físico-

climatológicos, já que a concentração nutricional é sempre abundante. Assim, a

instabilidade da lâmina d´água durante o período chuvoso induz a mudanças

rápidas na dominância das espécies. Outro fator que pode determinar o resultado

das interações competitivas entre algas é a predação. Heleno (2002) demonstrou

através de experimentos em laboratório, que a comunidade fitoplanctônica do

Reservatório da Pampulha não é controlada pelo zooplâncton, cuja predação não

afeta sua composição, densidade e diversidade. Um forte indício desta falta de

controle é justamente a alta densidade de cryptofíceas que o reservatório possui,

já que é sabido que este grupo é preferencialmente predado pelo zooplancton por

ser altamente palatável (Giani, 1991).

Pinto-Coelho (1992) comparou estudos realizados no reservatório da

Pampulha nos anos de 84/85 e 90/91. Este autor confirmou o aumento das

concentrações de fósforo e nitrogênio (medida através da concentração de

amônia) nas águas do reservatório entre os dois períodos. A concentração de

fósforo total que nunca ultrapassou 50 µg/l em 1984/85 e 250 µg/l em 1990/91

chegou a ultrapassar 500 µg/l em 1998, como apresentado neste estudo. O autor,

tanto em 1984/85 como em 1990/91 também observou os mesmos padrões

sazonais observados de 1996 a 1998, com as maiores concentrações dos

65

65

nutrientes sendo alcançadas no fim da estação seca (setembro e outubro) nas

águas do reservatório. Quanto às razões nutricionais, foram medidas em 1985/84

razões de 41 a 53 e segundo o autor o fósforo estaria se tornando

progressivamente mais escasso no ecossistema uma vez que sua demanda cresce

dentro do lago. O fósforo, desta forma, seria o elemento chave no controle da

eutrofização do reservatório. No presente estudo foram observados padrões

inversos ao se considerar a razão N:P total, indicando que a tendência da

concentração de fósforo nas águas do reservatório parece seguir um padrão de

aumento, superior ao aumento das concentrações das formas nitrogenadas

(nitrito, nitrato e amônia) em períodos mais recentes.

Os resultados apresentados neste estudo sugerem fortemente que a

composição, densidade e diversidade da comunidade fitoplanctônica do

reservatório da Pampulha, um reservatório eutrófico urbano, parecem ser

determinadas, à longo prazo, pelas concentrações absolutas dos nutrientes em

suas águas e pelas características de crescimento e absorção destes nutrientes

pelas espécies algais que a compõe. Esta afirmação se baseia no estudo das

dinâmicas de crescimento e absorção nutricional de três espécies representativas

da comunidade fitoplanctônica do reservatório e na extrapolação dos dados

obtidos em experimentos laboratoriais aos observatos na variação sazonal desta

comunidade em um período de três anos. Mudanças nas características físico-

climatológicas das águas do reservatório, como comentado por Figueredo e

Giani (2001), parecem responder pelas mudanças instáveis e rapidamente

reversíveis na sucessão de suas espécies fitoplanctônicas.

66

66

5- CONCLUSÕES

- O conhecimento da capacidade de absorção nutricional das espécies

estudadas é de fundamental importância ao se tentar entender a dinâmica

competitiva entre as espécies em ambientes naturais. O conhecimento das

estratégias de absorção das espécies juntamente com os resultados obtidos

através de experimentos de crescimento em diferentes concentrações

nutricionais torna o modelo ainda mais eficiente.

- Os experimentos de crescimento das espécies demonstraram que

Cryptomonas erosa , isolada do reservatório da Pampulha é competitivamente

superior a Oocystis lacustris e Microcystis viridis na utilização de baixas

concentrações de fósforo e nitrogênio.

- Cryptomonas erosa possui alta afinidade por fósforo e em condições de

não limitação de nitrogênio apresenta altas taxas de absorção e armazenamento

deste nutriente. Microcystis viridis possui alta taxa de absorção de fósforo e

baixa constante de semi-saturação para este nutriente. Oocystis lacustris possui

alta afinidade por nitrogênio.

- O aumento da densidade de C. erosa e das outras espécies do gênero

Cryptomonas no Reservatório da Pampulha parece ser conseqüência direta do

aumento da concentração de fósforo e principalmente, de nitrogênio, em suas

águas.

- A composição, densidade e diversidade da comunidade fitoplanctônica

encontrada no Reservatório da Pampulha é provavelmente determinada

primariamente pelas concentrações absolutas de nitrogênio e fósforo em suas

águas e não pelas razões relativas entre estes nutrientes.

67

67

6-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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