Nutrientes:fósforo

Curso EPAMIG

Prof. Dr. José Fernandes Bezerra Neto

Recursos — fatores ambientais consumíveis que são necessários para o crescimento e sobrevivência.

A falta de um ou mais recursos resulta na redução na taxa de crescimento.

A falta de um ou mais recursos leva à competição por aquele recurso.

Volvox

Pediastrum

Nutrientes – conceitos básicos

Quais os recursos as algas necessitam para crescer?

Luz — para fotossíntese

Carbono — para fotossíntese

Fósforo — ATP etc.

Nitrogênio — aminoácidos

Outros elementos — K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, etc.

Sílica —somente para diatomáceas e algumas crisófitas

Nutrientes – conceitos básicos

A “Lei do Mínimo” de Leibig

A produção de qualquer organismo será determinada pela quantidade da substância que for menos abundante no ambiente.

Este conceito tem que considerar as necessidades do organismo

Qual nutriente é mais limitante?

Depende da espécie…p.ex., sílica nunca é limitante para algas verdes mas pode ser para diatomáceas

Depende do período do ano...A limnologia física influencia a disponibilidade de nutrientes

Microcystis Chroococcus Anabaena Aphanizomenon

Nutrientes – fósforo

Essencial para a vida (ATP, fosfolipídios de membrana, etc.).

Usualmente um nutriente limitante em lagos. Derivado de rocha fosfática – abiótica,

diferente do nitrogênio. Sem fase gasosa. Adsorvido ao solo.

Naturalmente imóvel a menos que o solo seja erodido ou excesso de fertilizantes seja aplicado

O fósforo se move com o sedimento

Nutrientes – fósforo

Não é tóxico. As algas possuem adaptações para adquirir

fósforo: alta afinidade Enzimas que o metabolizam externamente

(APA) Estocagem Alta ingestão

A principal forma inorgânica de P é o ortofosfato PO4

–3 A maior parte do P encontrado na coluna de água

(>98%) está na forma de fosfatos orgânicos (P particulado)

Fósforo – formas encontradas

PP + PD = P Total

Filtragem em malha 0.45 mm

O que fica no filtro= PP (fósforo particulado)

Filtrado = PD(fósforo dissolvido)

Água do lago

Fósforo – propriedades básicas

Não existem reações redox ou de respiração diretamente envolvidas (organismos não geram energia a partir da química do P)

PO4–3 é altamente ligado aos sítios catiônicos

(Al+3, Fe+3, Ca+2) A concentração é fortemente afetada pelas

reações redox do ferro.

Hutchinson & Bowen 1950

32P04

Lago Linsley(12 m prof.)

O que acontece quando o P entra no lago?

Dentro de poucas horas, 32P aparece no hipolímnio

32P04absorção comido

Pelotas fecaisPerdas devido à sedimentação

O que acontece quando o P entra no lago?

fósforo particulado98.5%

perdas por sedimentação

PO4

0.21%

0.13%

pequenas moléculas orgânicas dissolvidas

1.16%Colóides de moléculas orgânicas grandes

Perdas porsedimentação

Ciclagem de fósforo no epilímnio

Níveis de fósforo no ambiente

Os principais fatores afetando os níveis de fósforo, ciclagem e impactos na qualidade de água incluem: Propriedades do solo Usos do solo Transportes associados com vazão Fontes internas (excreção e carga interna)

De onde vem o fósforo?

Fósforo – fontes externas

Fontes difusas Descargas da bacia de drenagem via tributários Deposição atmosférica

Fontes pontuais Esgoto doméstico Descargas industriais

12

3

43 - sedimentação4 - interação água-sedimento

1 - interação na região litorânea2 - "curto circuito"

•◄

A dinâmica do fósforo nos ecossistemas aquáticos

12

3

43 - sedimentação1 - interação na região litorânea

2 - "curto circuito" 4 - interação água-sedimento

•◄

•A sedimentação de P

•complexação na forma de hidróxido de ferro hidratado

• adsorção à argilas

•complexação com complexos de Al e Mn (pH ácido)

• adsorvido ao CaCO3 (pH básico)

•Fatores que provocam a sedimentação

sedimentaçãociclagem

estratificação hidráulica

•A sedimentação de P provoca uma queda nas concentrações deste no sentido rio-barragem

•Thomaz et al. (no prelo)

•A sedimentação de P provoca uma queda nas concentrações deste no sentido rio-barragem (ex do

reservatório de Corumbá - GO)

km

P-t

ota

l (µg

/L)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70

rio barragem

Fós

foro

tota

l (µ

g/l)

10

20

30

40

barr vlnv covr lini spdr arei

superfície

fundo

riobarragem

•Reservatório de Segredo (PR)

•Thomaz et al. (1997)

Ferr

o (

mg/l)

0,0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

barr vlnv covr lini spdr arei

superfície

fundo

riobarragem

Três Irm ãos

N . AvanhandavaProm issão

Ib itinga

B ariri

B . B on ita

Ju p iá

Fós

foro

(µg

/L),

Sec

chi (

cm)

Clo

rofil

a-a

(µg

/L)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

50

100

150

200

250

300

350

T.Ir

mão

s

N. A

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Pro

mis

são

Ibit

ing

a

Bar

iri

B. B

on

.-b

B. B

on

.-m

fósforo

Secchi

clorofila

CESP (1999)

•Retenção de P em cadeias de reservátórios: um exemplo do rio Tietê

Rio Paraná abaixo de Ilha Solteira

Estações de amostragem

P-t

ota

l (µ

g/l)

Clo

rofi

la-a

(µ

g/l)

1

2

3

4

5

6

7

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8

fósforo

clorofila

Agostinho et al. (1995)

Rio Paraná (jusante de P. Primavera)S

ecch

i dep

th (

m)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,5

Feb

Mar

Apr

May Jun

Jul

Aug

Sep Oct

Nov

Dec Jan

Feb

2000-2001

1987-1988

1993-1994

Thomaz et al. (no prelo)

Rio ParanáP

-tot

al (

µg/

l)

0

10

20

30

40

50

60

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago Set

Out

Nov

Dez Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

2000-20011987-1988

•Retenção de P em cadeias de reservatórios: efeitos a jusante

12

3

43 - sedimentação1 - interação na região litorânea

2 - "curto circuito" 4 - interação água-sedimento

•◄

•Dinâmica do fósforo: sedimento - água

Ciclagem do fósforo no hipolímnio

• Durante a estratificação, existe um movimento de P do epilímnio para o hipolímnio, por sedimentação de PP.

• Uma vez que o P chega no hipolímnio, ele fica lá até que o lago circule novamente.

• P pode também ser estocado nos sedimentos, ligados ao ferro.

PO43-

PO43-

Fe+++Fe(OH)3

PO43-

O íon férrico (Fe3+) dissolvido na água e nos sedimentos, na presença de oxigênio, liga-se ao P e criar um precipitado insolúvel

É a chamada “armadilha de ferro” e acontece somente quando o hipolímnio contém oxigênio

PP>95%

PO4

<

<

<3%

Assim que o hipolímnio se torna anóxico, o Fe+++ ganha um elétron e é reduzido para Fe++

Fe+++

Fe+++ Fe(OH)3

Fe++ forma sais solúveis com PO4.

Sob condições anóxicas, temos um fluxo de P para fora do sedimento. Isto é chamado de “carga interna”

Fe++ Fe(OH)2

PO43- PO4

3-

• Papel ativo das bactérias

• Papel do enxofre é mais importante do que se previa

Fe 2+Fe 2+

PO 43-

VENTO

•Esteves (1998)

•Papel dos organismos nas trocas sedimento - água

•bioturbação

PO 43-

NH4+

PO 43- NH4

+

•Papel dos organismos nas trocas sedimento - água

tempo (dias)

P-t

ota

l (µ

g/l)

0

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90

•Pagioro & Thomaz (1999)

•Papel dos organismos nas trocas sedimento – água: decomposição de macrófitas

•Esteves (1998)

•Fósforo em reservatórios:

fase de enchimento

Dias após o enchimento

P-t

otal

(µ

g/L)

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80

superfície

fundo

•Thomaz et al. (no prelo)

Dias após o fechamento

Clo

rofil

a-a

(µg/

L)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80

•Fósforo em reservatórios: fase de enchimento (Corumbá – GO)

12

3

43 - sedimentação4 - interação água-sedimento

1 - interação na região litorânea 2 - "curto circuito"

•►

•Efeito da região litorânea na dinâmica do P

•Camargo & Esteves (1986)

•As macrófitas

aquáticas e a dinâmica do

fósforo

horas

Fo

sfa

to r

ea

tivo

dis

solv

ido

(p

pb

)

0

80

160

240

320

400

0 10 20 30 40 50

com Eichhornia crassipes

controle

•Petrucio & Esteves (1998)

•As macrófitas aquáticas e a dinâmica do fósforo

•Lopes Ferreira (1995), Esteves (1998)

•As macrófitas aquáticas e a dinâmica do fósforo

•O fósforo é absorvido também por bactérias

•Horne & Goldman (1994)

Nutrientes – perfis verticais de verão

•Oligotrófico •Eutrófico

TT

O2 O2

PO4

PO4

Pro

f.

•0 •0

• anoxia

anoxia