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Introdução à Ecologia Curso Especialização em Gestão de Recursos Hídricos Pinto-Coelho, R.M. Departamento de Biologia Geral Instituto de Ciências Biológicas.

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1 Introdução à Ecologia Curso Especialização em Gestão de Recursos Hídricos Pinto-Coelho, R.M. Departamento de Biologia Geral Instituto de Ciências Biológicas – ICB UFMG

2 Ecologia: definições, histórico, enfoques atuais A Ecologia tem como um de seus fundamentos o estudo e o entendimento dos padrões de distribuição dos organismos nas escalas do espaço e do tempo. O metabolismo geral (produção, respiração e decomposição) dos ecossistemas é geralmente controlado por algumas variáveis abióticas tais como: radiação, temperatura, oxigênio e disponibilidade de nutrientes. Em conseqüência, o estudo das relações (efeitos) entre tais variáveis e os organismos é parte essencial da Ecologia. Bases Teóricas

3 Histórico As raízes da Ecologia caem nos estudos ligados à História Natural algo que, em essência, é tão antigo quanto o homem. Os Egípcios e babilônicos aplicaram métodos ecológicos para combater as pragas que assolavam suas culturas de cereais no vale do rio Nilo bem como na Mesopotâmia (Odum, 1977). Os gregos (Hipócrates, Aristóteles) produziram textos claramente ecológicos (Allan, 1970). Passada a idade média, período caracterizado pelo domínio da Igreja e sua visão aristotélica da natureza, surgem novas contribuições ao estudo ecológico. Antonie Van Leeuwenhoek ( ), naturalista holandês, mais conhecido por ter inventado o microscópio, também estudou e evidenciou a importância das cadeias alimentares e a regulação de populações (Dubois et al., 1988). Gaunt (sec. XVI) foi o pioneiro da demografia. Ele trabalhou em censos da população humana na cidade de Londres e reconheceu a importância da determinação quantitativa das taxas de nascimentos, mortalidade, razão sexual e estrutura de idade das populações. Outro naturalista, Buffon (1756) assinalou que existem "forças" capazes de contrabalançar o crescimento populacional, ou seja, o princípio básico da regulação ecológica das populações. As contribuições mais importantes para o estabelecimento da ecologia moderna aconteceram somente ao final do século XVIII e durante a primeira metade do século XIX. Malthus (1798) determinou que as populações podem crescer em ritmo exponencial (modelo densidade independente) enquanto que os recursos de que elas necessitam crescem em ritmo aritmético. Verhulst (1838) derivou a curva logística de crescimento populacional (modelo densidade dependente). Farr (1843) descobriu a relação existente entre taxa de mortalidade e densidade de uma população.

4 Na realidade, Darwin (1859) e Malthus (opt. cit.) mudaram a idéia platônica de que a natureza sempre esteve em 'equilíbrio perfeito' (visão aristotélica) e a base para esta mudança de pensamento está nos seguintes fatos: a) muitas espécies foram extintas no decorrer dos tempos b) existe competição causada por pressão populacional c) a seleção natural e luta pela existência são mecanismos evidenciáveis na natureza Na Alemanha, Ernst Haeckel, em 1869, propôs pela primeira vez o termo Ecologia (Ökologie). Literalmente este termo significa "oikos" (grego): casa; logie: estudo (Begon et al.1990). Möbius (1877) introduziu a noção de biocenose, estudando uma comunidade de organismos existentes num banco de ostras. Forbes (1887), estudando ambientes aquáticos em Illinois, EUA propôs o lago como um sistema ecológico independente ('microcosmo'). É considerado juntamente com Forel (1892, 1904), que estudou o Genfersee (Lac Léman) na Suíça, e o alemão Thienemann (1926), um dos pioneiros do da ecologia aquática, a limnologia. O surgimento da ciência ecológica....

5 Um nome ligado ao Brasil merece destaque especial. Os estudos realizados por Warming (1895, 1909) no cerrado foram muito importantes para a ecologia. Os seus estudos fitossociológicos em comunidades de cerrado em Lagoa Santa (MG) foram um dos primeiros estudos sobre ecologia terrestre de que se tem notícia mundialmente. No entanto, foi nos Estados Unidos que a ecologia recebeu um impulso definitivo para o estabelecimento de seu status quo atual. Cowles (1899): descreve a sucessão ecológica nas dunas ao sul do lago Michigan. Clements (1916, 1935) desenvolveu o conceito de evolução de comunidade. A partir de seus trabalhos, a Ecologia desenvolve-se como ciência própria. Finalmente Tansley (1935) propôs o termo ecossistema que hoje é tratado como a unidade central no estudo da ecologia. A história da ecologia e o Brasil... Lagoa Santa em meados do século XIXIlustração do cerrado de Lagoa Santa, segundo Warming.

6 Definições modernas de Ecologia Apesar de seu desenvolvimento rápido, a ecologia ainda pode ser considerada uma soft science, assim como a economia, onde ainda não existe uma fundamentação teórica rígida. Não é de se estranhar, portanto, que a ecologia seja definida de diferentes formas segundo diferentes autores. Abaixo são fornecidas algumas destas definições: a) Ecologia: história natural científica (Elton, 1927) b) Ecologia: Estudo científico da distribuição e abundância de organismos (Andrewartha, 1961). c) Ecologia: Biologia de grupos de organismos. Estudo da estrutura e função da natureza (Odum, 1963). É uma definição muito importante uma vez que ela ressalta a importância dos processos ecofisiológicos na determinação da estrutura dos ecossistemas. d) Ecologia: Estudo científico das interações que determinam a distribuição e abundância dos organismos (Krebs, 1972). Trata-se de uma visão que busca ressaltar a importância das interações bióticas (competição, predação) na estruturação das comunidades. e) Ecologia: Estudo do meio ambiente enfocando as interrelações entre os organismos e seu meio circundante. Observar que esta definição invoca noções físico-biológicas (Ricklefs, 1980).

7 A Ecologia procura a responder três tipos de perguntas muito simples: a) onde estão os organismos? b) em quantos indivíduos ocorrem? c) porque eles lá estão (ou não estão)? Há, ainda, na ecologia moderna limitações teóricas e metodológicas imensas para responder satisfatoriamente a estas perguntas (principalemte a terceira).

8 A Ecologia baseia-se em interações multi-, poli- e, principalmente, transdisciplinares. Estas interações podem ser de três tipos básicos: a) interações com outras ciências biológicas cuja doutrina é essencial para o desenvolvimento teórico da ecologia moderna ("interações core)". Neste âmbito incluem-se a microbiologia e a zoologia, por exemplo. b) ciências que fornecem ferramentas de trabalho ou novas abordagens metodológicas. Nesta categoria incluem-se a informática, a estatística e a demografia. c) ciências aplicadas onde o conhecimento ecológico pode vir a ser aplicado: medicina, direito ou as engenharias.

9 Unidades ecológicas Como toda a ciência, a ecologia necessita de uma visão de seu objeto de estudo (a natureza) em partes. Para isto ela faz uso da teoria dos sistemas. Um sistema é um conjunto cujos elementos se unem através de propriedades calcadas na interação, na interdependência e na sensibilidade a certos mecanismos reguladores de tal modo que eles formam um todo unificado (Odum, 1963). Os principais sistemas ou unidades biológicos são os seguintes: gens, células, tecidos, órgãos, organismos, populações, comunidades, ecossistemas e a biosfera. A Ecologia trata dos quatro últimos níveis de organização biológicos (unidades).

10 Tipos de Ecologia (enfoque conceitual ou de perspectiva) - Ecologia da Paisagem - Ecologia de Ecossistema - Ecofisiologia - Ecologia Comportamental - Ecologia de Comunidades - Etc. Tipos de Ecologia (enfoque organismico) - Ecologia Vegetal - Ecologia Animal - Ecologia Microbiana - Ecologia do Zooplâncton - Ecologia Humana - -Etc. Tipos de Ecologia (enfoque do habitat) - Ecologia Terrestre - Limnologia - Oceanografia Biológica - Ecologia Tropical - Ecologia das Zonas Árticas - Ecologia urbana - Etc. Tipos de Ecologia (enfoque aplicado) - Ecologia Teórica - Ecologia da Conservação - Agroecologia - Monitoramento de Recursos Naturais - Gestão e Recuperação de Áreas Degradadas - Ecologia Aplicada à Formulação de Políticas Públicas - Etc. Existem muitos enfoques para a Ecologia....

11 Conceitos Básicos em Ecologia Espécie: Conjunto de indivíduos capazes de se reproduzirem e dar prole fértil (pelo menos potencialmente). Exemplos: Homo sapiens, Entamoeba coli Ecótipo (raças ecológicas): Eles são formados por populações de uma mesma espécie que apresenta grande dispersão geográfica mas que estão fisicamente separadas. Seus limites de tolerância ecológica, ou de Shelford, variam segundo a população considerada. Quando estas variações têm base genética, as populações são chamadas de raças genéticas. Quando estas variações tem uma base puramente fisiológica, as populações são chamadas de raças fisiológicas (fenômeno da aclimatação). Exemplos: a) medusa Aurelia aurita apresenta os seguintes ecótipos: Aurelia aurita (var. Halifax ótimo de contração a 14 C) Aurelia aurita (var. Tortugas ótimo de contração a 29 C) b) A macrófita Typha sp (Taboa): há várias raças adaptadas a diferentes regiões climáticas (trópicos, sub-trópicos, z. temperada).

12 População Conjunto de indivíduos da mesma espécie que vive num território cujos limites são geralmente delimitados pelo ecossistema no qual esta população está presente. As populações são entidades 'reais' cujos atributos: distribuição espacial, densidade, estrutura etária, taxas de crescimento (produto líquido entre taxas de natalidade, mortalidade e migração) bem como suas relações de interdependência (simbioses sensu latu) podem ser estimados quantitativamente em condições naturais/experimentais. Exemplos: Myrmecophaga t. tridactyla (bicho-preguiça) no Parque Florestal do Rio Doce, Minas Gerais. Byomphalaria straminea (caramujo planorbídeo) na Lagoa Santa, MG. Panstrongylus megistrus (barbeiro hematófago) var. Sta. Catarina nas matas da Ilha de Florianópolis, SC (habitat natural)

13 Habitat: Lugar onde uma espécie (ou mais de uma) vive. Neste local, os organismos encontrarão, além do abrigo das intempéries do meio físico e de eventuais ameaças biológicas (predação), alimento e poderão se reproduzir. Muitas vezes o termo microhabitat é utilizado para designar o local onde uma determinada espécie poderá ser encontrada. O termo biótopo é entendido como o substrato físico enquanto que o habitat poderá ter uma conotação desvinculada do senso geográfico (ex: tronco caído como habitat de certos insetos coleópteros, tubo intestinal de vertebrados como habitat de nematóides parasitas). Nicho ecológico: Unidade mais 'íntima' da distribuição de uma espécie. Pode ser definido considerando vários aspectos abaixo relacionados: Nicho espacial (microhabitat): proposto por Grinnel (1917) como sendo o espaço físico ocupado por uma determinada espécie. Exemplo: pele humana como microhabitat de certos ácaros. Nicho trófico: proposto por Elton (1927). É a posição do organismo dentro de uma cadeia alimentar: produtor, herbívoro, carnívoro. Conceito apresenta algumas limitações de emprego tais como no casos de organismos que promovem o canibalismo, típico de várias espécies de copépodes zooplanctônicos, ou então são essencialmente onívoros tais como o homem, por exemplo. Exemplo: Hemípteros neustônicos Notonecta e Corixa têm o mesmo microhabitat (vivem sobre a película de água em áreas alagadas) mas têm nichos tróficos diferentes: Notonecta é carnívoro e Corixa é herbívoro. O exemplo a seguir, extraído de Krebs, 1994 pag. 281), ilustra as respostas de densidade e crescimento do inseto predados Notonecta hoffmanii em laboratório. A taxa de predação é expressa pelo número de larvas de mosquito consumido por dia. O gráfico, abaixo, ilustra que sob condições de muita comida, Notonecta cresce mais rápido.

14 Nicho hipervolumétrico: proposto por Hutchinson (1957). Seria a posição de um certo organismo dentro do gradiente ambiental. Envolve não só as condições ambientais exploradas por este organismo: temperatura, pH, umidade, radiação solar, chuvas, etc, como também as interações bióticas tais como predadores, parasitas, competidores, etc. Levando em consideração o nicho hipervolumétrico pode-se dividi-lo ainda em duas sub-categorias: Nicho fundamental (ou máximo) ou nicho reduzido (ou realizado). Entende-se por nicho fundamental como sendo o conjunto de todas as faixas de variações potencialmente exploráveis por uma certa espécie. Nicho realizado refere-se à faixa ambiental na qual efetivamente pode ser encontrada uma espécie num dado ambiente. Muitas vezes, o nicho realizado é significativamente mais restrito que o nicho fundamental devido às interações com outras espécies principalmente a predação e a competição. Exemplo: Paramecium caudata e P. aurelia: protozoários ciliados com o mesmo nicho espacial e trófico. P. caudatum é eliminado porquê tem menor taxa intrínseca de crescimento (max). O nicho ecológico pode mudar com o desenvolvimento ontogenético, ou o sexo. Exemplo: Em Culex sp. a larva é aquática e é herbívora (consome algas e bactérias de vida livre). As fêmeas adultas são aladas e hematófagas e os machos são alados porém fitófagos (consomem seiva vegetal).

15 A noção da equivalência ecológica, ou seja, que existem organismos diferentes podem desempenhar papéis ecológicos similares em ecossistemas diferentes (normalmente em diferentes províncias biogeográficas) é um corolário da teoria do nicho ecológico, pois, equivalentes ecológicos embora vivendo em distintas regiões do planeta têm o mesmo nicho ecológico. Exemplo: Cecropia sp., vulgarmente conhecida como Embaúba (Américas) Musanga sp. (África) Macoranga sp. (Ásia) Todas estas três espécies de árvores de madeira mole, plantas pioneiras vivendo nas bordas das matas ou em estágios serais iniciais de florestas pluvial tropicais em diferentes regiões da biosfera. O conceito de nicho pode ser muito importante para o estudo teórico e comparativo da evolução de ecossistemas. A teoria do nicho pode explicar os padrões de diversidade encontrados nos diferentes ecossistemas. Ecossistemas similares por sua vez podem ter diferentes padrões de ocupação de nicho podendo existir ambientes nos quais vários nichos ecológicos estejam vagos. A noção do nicho ecológico também é muito importante para a ecologia aplicada. Um interessante exemplo é a determinação dos limites de tolerância das espécies com o consequente estabelecimento de espécies bioindicadoras de poluição ou contaminação ambiental.

16 Comunidades Möbius (1877) foi um dos primeiros a tentar caracterizar uma comunidade. Ele estudou bancos de ostras em regioes literâneas e notou que existe uma interdependência entre os organismos presentes no que ele designou por biocenose. A Comunidade pode ser também definida como o conjunto de todas as populações de uma dada área geográfica (Odum, 1963) ou como a parte viva do ecossistems (Clark, 1954). É comum o uso do termo biocenose por ecólogos europeus em lugar ao de comunidade. Os organismos de uma biocenose atuam em reciprocidade com o meio físico sendo influenciados por ele e também modificando-o de modo característico. Outras definições de comunidades Comunidade: É qualquer conjunto de populações numa determinada área ou habitat. Ela pode ter os mais variados tamanhos. Segundo Krebs (1972), muitos dos termos relativos à comunidades vêm da Ecologia Vegetal. Comunidade: É uma associação entre populações interativas (Ricklefs, 1980) Comunidade: É uma reunião de populações numa determinada área ou habitat físico definidos. É uma unidade ecológica pouco definda. (Odum, 1977) Comunidade: É um conjunto de espécies (populaçoes) que ocorrem conjuntamente no tempo e no espaço (Begon et al., 1990). Segundo este autor, o estudo da comunidade pressupõe o estudo de ecossistemas.

17 Ecossistema Termo proposto por Tansley (1935) para designar a reunião entre todos os organismos e o meio físico onde vivem. Hoje em dia, uma definição de ecossistema muito usada em Ecologia seria a seguinte: qualquer unidade que inclua a totalidade dos organismos (comunidades) de uma área determinada, que atuam em reciprocidade com o meio físico de modo que uma corrente de energia conduza a uma estrutura trófica, a uma diversidade biótica e a ciclos biogeoquímicos (Odum, 1977). Aspectos estruturais do ecossistema: (a)substâncias inorgânicas (particuladas, dissolvidas), (b)substâncias orgânicas (particuladas e dissolvidas), ( c) clima, (d) substrato físico (sólido, líquido e gasoso), (e) componentes bióticos, (f) produtores, (g) consumidores, (h) predadores, (i) desintegradores, (j) regeneradores. Aspectos funcionais do ecossistema: (a) fluxo de energia, (b) cadeias de alimentos, ( c) diversidade (tempo e espaço), (d) ciclos de nutrientes, (e) sucessão e evolução, (f) controle (cibernética) Os ecossistemas podem ser classificados ou agrupados segundo alguns de seus atributos: a) primitividade (presença no tempo geológico) b) padrões definidos sejam eles fisiográficos, climáticos, biológicos e/ou geoquímicos. c) equilíbrio dinâmico (flutuaçoes regulares, mec. homeostáticos).

18 Os ecossistemas podem ser classificados ou agrupados segundo alguns de seus atributos: a) primitividade (presença no tempo geológico) b) padrões definidos sejam eles fisiográficos, climáticos, biológicos e/ou geoquímicos. c) equilíbrio dinâmico (flutuações regulares, mecanismos homeostáticos). Figura - O lago como um ecossistema: a luz e nutrientes permitem o desenvolvimento de uma intensa atividade fotossintética nas margens (macrófitas emersas e submersas) e na zona limnética ou de águas abertas (fitoplâncton). A matéria vegetal e consumida pelo zooplâncton, bentos e meio fauna do litoral. Esses organismos são a base da cadeia alimentar que extende-se através dos peixes, aves, etc. As bactérias ao lado do zooplancton exercem um importante papel na reciclagem dos nutrientes essenciais (modificado de Smith, 1999).

19 A ecologia (e a Limnologia) necessita de uma grande quantidade de informações sobre o meio abiótico. No meio aquático, o conhecimento das variáveis físico- químicas que descrevem um corpo de água é essencial para que possamos entender os padrões de distribuição dos organismos bem como os principais mecanismos de interação biológicos. Dessa maneira, radiação solar, temperatura, disponibilidade de nutrientes formam um conjunto básico de variáveis imprescindíveis ao ecólogo que estuda, modeliza, recupera e, em suma, conserva o meio aquático em suas melhores condições ambientais.

20 O meio abiótico

21 Temperatura e Oxigênio Dissolvido Os lagos, rios, reservatórios, açudes, brejos e demais áreas úmidas da região tropical diferem-se fundamentalmente de seus congêneres da região temperada através dos padrões de estratificação térmica da coluna de água.

22 Temperatura, pH, oxigênio dissolvido e condutividade Elétrica no reservatório da Pampulha – E01 - Tulipa

23 Diferenças de temperatura causam diferenças de densidade. Camadas de água que não se misturam levam à formação de gradientes químicos. Essas regiões constituem diferentes biótopos com diferentes tipos de organismos. Alguns deles são capazes, no entanto, de migrar entre as diferentes camadas de água, obtendo vantagens adaptativas em relação à outros organismos que não migram. A estratificação térmica causa a formação de gradientes químicos Distribuições verticais de diferentes tipos de bacterias na coluna de água de um reservatório.

24 Nos ecossistemas aquáticos, um grande número de evidências suporta a tese de que o fósforo, elemento essencial, é, na maior parte dos casos, o fator limitante da produção primária. Se o fósforo é limitante e, assumindo como verdadeira a Lei do Mínimo (Liebig), podemos concluir que todo o metabolismo aquático será então governado pela disponibilidade de tal elemento. Nutrientes

25 Tabela Periódica dos Elementos Nutrientes Essenciais aos Organismos

26 Trata-se do precursor no estudo das relações entre plantas e nutrientes. Ele notou que as plantas geralmente não estavam limitadas por substâncias necessárias em grandes quantidades tais como o CO 2 ou H 2 O mas por certos elementos que são ou podem tornar-se raros no ambiente (B, Zn, P). Ele então formulou o princípio de que o desenvolvimento das plantas depende daquele elemento essencial que estiver em concentrações iguais ou menores do que o mínimo necessário. Lei do Mínimo (Justus Liebig, 1840)

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28 Ciclo do Nitrogênio Em lagos tropicais, geralmente existe uma grande disponibilidade de nitrogênio dissolvido. Isso decorre das elevadas taxas de excreção de amônia por peixes e demais invertebrados e da intensa atividade bacteriana.

29 Disponibilidade de nitrogênio e fósforo na coluna d´água de Um reservatório tropical: Lago Paranoá, Brasília, DF.

30 O fósforo é o elemento limitante do metabolismo Na maioria dos ecossistemas aquáticos (epicontinentais) O Impacto Antrópico no Ciclo do Fósforo

31 Apliucação da Teoria Ecológica Caso de estudo A represa da Pampulha, Belo Horizonte, Brasil. UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Prof. Dr. Ricardo Motta Pinto Coelho Departamento de Biologia Geral Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal de Minas Gerais

32 Principais Reservatórios em Minas Gerais

33 Reservatório da Pampulha (Belo Horizonte): Colapso Ecológico e Expansão Urbana Desordenada Surface: 2.1 Km 2 Volume: 12 mio m 3 Shoreline: 18 Km Max Depth: 17 m Mean depth: 5 m Res. Time: 200 days

34 A represa da Pampulha foi construída em 1938 e novamente reconstruída em A sua bacia conta com uma área de cerca de 97 km2 e extende-se pelos municípios de Belo Horizonte e Contagem, MG. A área original do espelho de água da represa era de 2,1 km2, com a acumulação de um volume de cerca de 11 milhões de m3. Os principais tributários da represa são: Mergulhão (A), Tijuco (B), Ressaca (C), Sarandi (C), Água Suja (D), Baraúnas (E), Córrego da AABB (F) e Córrego do Céu Azul (G). Cerca de 300 mil pessoas vivem nas suas diferentes sub-bacias.

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36 O reservatório da Pampulha sofreu uma grande degradação ambiental a partir de Inicialmente, notou-se uma perda da área inundada da represa devido ao assoreamento (foto). Em cerca de 20 anos, a represa perdeu cerca de 20% de seu volume acumulado. Numa segunda etapa, a população passou a sofrer os efeitos da eutrofização: super crescimento de macrófitas, algas, proliferação das tilápias e déficit permantente de oxigênio dissolvido. Finalmente, o acúmulo do lixo doméstico torna-se um grande problema.

37 Figura - Fotos áreas da lagoa nos anos 1984 (esq.) e 1999 (dir.) com a identificação das áreas de assoreamento, As principais áreas assoreadas (amarelo) e inundadas (azul) na área alvo da DLD foram quantificadas através de um sistema SIG.

38 O reservatório sofreu um notável aumento da eutrofização na década de noventa. A transparência da água decresceu, a condutividade elétrica aumentou assim como os valores das concentrações de amônio, fósforo total e clorofila-a. Os picos anuais obervados para fatores tais como o fósforo total, a clorofila-a ou o íon de amônio enquandram o reservatório na categoria de hipereutrófico.

39 Reservatório Species Richness V. Grande13 VG (97-99) 13 Furnas 18 FRM1 (99-00) 14 FRM2 (99-00) 12 FRM3 (99-00) 12 FRG1 (99-00) 10 FRG2 (99-00) 12 FRG3 (99-00) 15 FRI1 (99-00) 12 FRI2 (99-00) 13 FRF1 (99-00) 13 FRF2 (99-00) 12 FRF3 (99-00) 11 Ibiritel9 IBA08 (96-97) 9 IBA13 (96-97) 6 Pampulha10 PPE01 (84-85) 7 PPE04 (84-85) 7 PPE09 (84-85) 8 PP (1993) 9 PP (1994) 9 PP (1995) 10 PP (1996) 6 PP (1997) 7 PP (1998) 3 Efeitos da eutrofização na diversidade do zooplâncton de alguns reservatórios de MG. A eutrofização causou mudanças na estrutura de várias comunidades da represa da Pampulha. Uma dessas modificações foi uma grande perda de diversidade na comunidade do zooplâncton. No quadro, a direita, valores de riqueza de espécies em outros reservatórios de Minas Gerais. Em destaque, o gradiente de trofia no braço do Sapucaí, em Furnas.

40 Zooplâncton da Pampulha: Houve muitas espécies que não resitstiram ao incremento da eutrofização. extinto

41 Figura - Relação entre os pulsos de fósforo e o déficit de oxigênio (DBO), que é a base para os impactos causados pela dragagem de sedimentos na qualidade de água da represa (original). A teoria ecológica moderna indica que apenas um elemento (limitante) regula os processos de produção e de consumo nos ecossistemas (Lei de Liebig). O fósforo é muitas vezes o fator limitante da produção primária em muitos ecossistemas aquáticos. Isso quer dizer que um pulso na concentração desse nutriente pode mudar toda a estrutura biótica do ambiente. Nós iremos ilustrar esse ponto com uma das comunidades chaves desse ambiente – a avifauna.

42 Figura – Balanço de massa de fósforo na Pampulha (de Torres & Pinto-Coelho, submetido). Nossos estudos foram capazes de identificar os tributários que são os maiores poluidores do reservatório. O esquema ao lado demonstra que os ribeirões Ressaca/Sarandi são os principais responsáveis pela moior parte do aporte de fósforo que chega ao lago. Outros estudos indicam que o fósforo é o elemento limitante da produção primária nesse ambiente. De onde vêm a poluição e o excesso de nutrientes limitantes que chegam na Pampulha ?

43 Figura - Compartimentação biótica do fósforo na represa da Pampulha. Mensurações Durante a década de 90, o grupo do laboratório de ecofisiologia de organismos planctônicos da UFMG (hoje lab. gestão de reservatórios) realizou uma série de estudos objetivando conhecer os detalhes do complexo metabolismo de várias comunidades da represa, principalmente os organismos planctônicos. Determinamos, por exemplo, que o zooplâncton acumula e recicla grandes quantidades de fósforo no ambiente. Para onde vão os nutrientes que chegam na represa da Pampulha ?

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45 Nesse artigo demonstramos que dois processos ligados ao metabolismo do zooplâncton (excreção) e a decompsição de biomassa de macrófitas são os responsáveis pela grande parte do fósforo reciclado na represa da Pampulha.

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47 Nesse artigo desmontramos que a produção primária do fitoplâncton não pode atender sozinha à demanda energética do zooplâncton na represa da Pampulha. Como consequência, infere-se que o elo microbiano deve ter um papel fundamental na manutenção das condições de hipertrofia no ambiente.

48 O ecossistema da Pampulha: O intenso assoreamento e a eutrofização ocorridos nas duas últimas décadas do século XX formaram biótopos que foram rapidamente colinizados por uma comunidade de aves pernaltas. O programa de recuperação do reservatório impunha uma correta gestão dessa comunidade de organismos. A foto ilustra u banco de garças próximo a entrada do canal dos ribeirões Ressaca e Sarandi no lago. A eutrofização favoreceu o aumento da biomassa de aves... O que fazer ?

49 Figura – Aves pernaltas encontradas na represa da Pampulha (2001). 1 - Gallinula chloropus (Frango-d'água-comum) 2 - Podilymbus podiceps (Mergulhão) - Plumagem reprodutiva 2a - Plumagem de descanso 3 - Tringa solitaria (Maçarico-solitário) 4 - Vanellus chilensis (Quero-quero) 5 - Jacana jacana (Jaçanã) - Adulto 5a - Jovem 6 - Phalacrocorax brasilianus (Biguá) 7 - Aramus guarauna (Carão) 8 - Dendrocygna bicolor (Marreca-caneleira) 9 - Dendrocygna viduata (Irerê) 10 - Dendrocygna autumnalis (Asa-branca) 11 - Netta erythrophthalma (Paturi-preta) 12 - Amazonetta brasiliensis (Ananaí) 13 - Casmerodius albus (Garça-branca-grande) 14 - Egretta thula (Garça-branca-pequena) 15 - Nycticorax nycticorax (Savacu) 16 - Butorides striatus (Socozinho) 17 - Tringa flavipes (Maçarico-de-perna-amarela)

50 Figura - Aves passeriformes mais relevantes encontradas na represa da Pampulha. 1 - Furnarius figulus (Casaca-de- couro-da-lama) 2 - Certhiaxis cinnamomea (Curutié) 3 - Arundinicola leucocephala (Lavadeira-de-cara-branca) 4 - Donacobius atricapillus (Jacapanim) 5 - Agelaius cyanopus (Carretão) 6 - Agelaius ruficapillus (Garibaldi) (pranchas: Leonardo E. Lopes, original).

51 A) A)Propostas para a recuperação da represa (Pinto-Coelho, 2001) Monitoramento ambiental das condições limnológicas em pelo menos 3 pontos de coletas na lagoa: (a) ponto central próximo ao Iate Tênis Clube com profundidade mínima de 6 metros; (b) ponto barragem, próximo ao vertedouro com profundidade mínima de 12 metros e (c) ponto próximo a ilha dos Amores com profundidade mínima de 1,5 metros. O monitoramento deverá incluir as seguintes variáveis: temperatura da água, condutividade elétrica, transparência medida pelo disco de Secchi (metros), turbidez (NTU), material em suspensão (total, orgânico e inorgânico), pH, oxigênio dissolvido (concentração e saturação), demanda biológica de oxigênio, fósforo total, fósforo dissolvido, série nitrogenada (amônio, nitrito e nitrato). Os seguintes fatores bióticos deverão ser também mensurados: densidade de bactérias de coluna de d´água (método DAPI), coliformes totais e fecais, densidade de fitoplâncton (total e cianobactérias) e de zooplâncton. Esse monitoramento deverá ser feito em ritmo pelo menos mensal durante um (ou mais) ciclo(s) anual(ais) completo (doze meses), enquanto durarem as obras de dragagem. O monitoramento deve ter início pelo menos 6 meses antes da obra. Monitoramento dos sedimentos (interface sedimento-água ou amostras sub-superficiais) da área a ser dragada. Os seguintes fatores serão analisados: matéria orgânica, teor de cinzas, pH, potencial redox, nutrientes essenciais (fósforo e nitrogênio, ferro e manganês), e metais-traço (cádmio, chumbo e zinco). Serão monitorados pontos correspondentes aos seguintes biótopos: praia lodosa/arenosa; brejos de taboas; áreas de vegetação pioneira e áreas de vegetação estratificada. Esse monitoramento deverá ser realizado antes do início efetivo da dragagem (3 meses) e servirá para a estimativa do depósito de matéria orgânica e de nutrientes essenciais bem como de seu potencial em contaminantes já identificados na bacia. A freqüência mínima deverá ser trimestral. Duração: um ciclo sazonal completo (quatro coletas em doze meses). Monitoramento da avifauna na área: riqueza de espécies, abundância, zoneamento por biótopo. A frequência desse monitoramento deverá ser bi-mestral. Monitoramento da ictiofauna: riqueza e abundância específica. percentual de espécies exóticas e nativas, inventário das patologias mais comuns, comportamento alimentar, risco sanitário e inventário da pesca de orla. Frequência de monitoramento mínima: bimensal

52 B) Realocação de biótopos para a avifauna Deverá ser feito um programa de coleta e transposição de aves para áreas (biótopos) especialmente desenhadas para abrigar essa fauna. O ideal seria utilizar uma das ilhas existentes na lagoa para essa finalidade, ou então, modificar o plano de dragagem a fim de que uma amostra representativa de tais tipos de habitats seja preservada no próprio local onde hoje se encontra. Todo esse programa deverá ser coordenado e supervisionado por um ornitólogo/ecólogo de reconhecida competência e o projeto deverá contar com o aval do IBAMA e outros órgãos ambientais pertinentes. C) Adequação do cronograma da dragagem ao ciclo sazonal limnológico com a operação periódica da comporta de fundo. O programa de dragagem deverá obedecer prioritariamente o ciclo limnológico da represa. Deve ser observado que, no período das chuvas (outubro-abril), há normalmente uma sensível diminuição dos teores de nutrientes na água da represa. Sendo assim, recomenda-se que as obras de dragagem sejam intensificadas nesse período do ano (chuvas). Como existe, em princípio, a possibilidade de que a água de fundo da represa seja escoada pelas comportas, recomenda-se ainda o escoamento periódico da água de fundo da represa em consonância com os dados de monitoramento ambiental. Essa medida poderá contribuir significativamente para diminuir o déficit de oxigênio bem como os teores de fósforo no hipolímnio da represa. D) Bioensaios para a determinação liberação de fósforo do sedimento Antes que a obra seja efetivamente iniciada, recomenda-se a realização de bioensaios para a determinação do potencial de liberação de fósforo na coluna em condições de anaerobiose e aerobiose. Esse dado é muito importante para que se possa estimar - com exatidão - o potencial da dragagem para a depreciação da qualidade de água. E) Estudos toxicológicos nos sedimentos da represa Estudos iniciais conduzidos demonstram o elevado risco que os sedimentos da represa representam para a biota do lago pelo potencial de acumulação de metais traços (cádmio e chumbo) e outros agentes tóxicos. Recomenda-se, portanto, a realização de bioensaios de toxidez do sedimento da represa em organismos zooplanctônicos (Daphnia) e em peixes.

53 F) Retirada prévia do aporte de esgotos dos tributários Ressaca, Sarandi e Água Funda. O aporte de esgotos via tributários é apresenta obviamente elevado risco sinérgico para a dragagem de longa distância (DLD). Recomenda-se (de forma enfática) que a PBH entre em negociação imediata com a COPASA a fim de que a carga de esgotos dos tributários mais poluentes, Ressaca, Sarandi e Água Funda, seja imediatamente retirada ou minorada em percentual não inferior a 80% (que é a taxa de retenção de fósforo no sistema, vide acima). Alternativamente, caso isso não seja possível, a PBH deve estabelecer um contrato objetivo de metas - de curto prazo (12 meses) - para a retirada dos citados esgotos pela COPASA G) Implementação dos parques ecológicos (fase I) nas ilhas artificiais que seriam modificadas a fim de conter alguns dos biótopos a serem destruídos na área de dragagem DLD Os parques ecológios (áreas de preservação permanentes) situados nas ilhas artificias I,II e III geradas em dragagens anteriores devem ser implementados concomitantemente às obras de dragagem. O projeto de implementação deve ser feito de tal modo que os biótopos a serem destruídos pela DLD sejam realocados para essas reservas. H) Plano de Educação Ambiental – Justificativa da obra de DLD Para a população, em geral, é difícil, em princípio, a percepção dos benefícios da obra de dragagem, num primeiro momento. Portanto, sugere-se a PBH organizar um grupo de trabalho composto de biólogos, sanitaristas e pessoal de comunicação social com o objetivo de divulgar as características, riscos (transitórios) e benefícios (futuros e duradouros) da obra para os diferentes segmentos da população. Sugere-se a adoção de ferramentas de internet tais como a construção de um sítio de acolhida (web site) para a obra de DLD bem como a realização de seminários e vídeo-conferências sobre o assunto.


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