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Title: Biogeoquímica da Baía de Guaratuba, Paraná, Brasil: origem, metabolismo, balanço de massa e destino da matéria biogênica
Authors: Brandini, Nilva
metadata.dc.contributor.advisor: Knoppers, Bastiaan Adriaan
metadata.dc.contributor.advisorco: Machado, Eunice da Costa
metadata.dc.contributor.members: Coutinho, Ricardo
Bidone, Edison Dausacker
Bernardes, Marcelo Correa
Souza, Weber Frienderichs Ladim de
Issue Date: 2008
Abstract: O objetivo deste trabalho foi investigar a origem, o metabolismo, o balanço de massa e o destino da matéria biogênica (CNP) em relação às forçantes hidrodinâmicas e meteorológicas no estuário da Baía de Guaratuba, PR. Foram abordadas quatro etapas: 1) avaliação do comportamento dos parâmetros físico-químicos e biogeoquímicos ao longo da zona de mistura estuarina (rio-mar), utilizando dados pretéritos (Out/01 a Ago/02) e quatro campanhas (Jun/04, Fev/05 e Fev e Mar/06), avaliando as principais fontes (rios, canais de mangue, efluente e o mar); 2) balanço de massa LOICZ utilizando os dados pretéritos (2001/2002) considerando as diversas escalas de tempo (anual, sazonal e diária) e compartimentos (único vs múltiplos); 3) produção primária (PP) aquática utilizando incubações in situ nos setores montante, central e jusante entre Jan/05 a Jan/06, estes resultados foram aplicados ao modelo empírico de Cole e Cloern (1987) para estimar a produtividade nas demais campanhas; 4) identificação da origem e taxas de acumulação da matéria orgânica (MO) sedimentar através de marcadores geoquímicos orgânicos utilizando a razão C:N, C:P fenóis das ligninas, clorofila-a, MO e isótopos 13C e 15N nos sedimentos superficiais (n=37) e em 4 testemunhos (L=45), coletados em Jul/04. Os resultados obtidos na distribuição dos parâmetros físico-químicos, em relação à salinidade (0 a 35) e a distância rio-mar (21 a -5 km), evidenciaram um comportamento do tipo não conservativo para todos os elementos estudados, exceto o silicato. A distribuição espacial dos nutrientes identificou os rios como a principal fonte de nitrato, seguido dos manguezais, que também influenciou fortemente as variações de pH, SH, CO2, N:P, NID, PT. As altas concentrações de CO2 e os níveis de %OD sugeriram predominância de heterotrofia em relação à autotrofia, principalmente nos setores montante e central nos períodos de maior aporte fluvial. A aplicação do modelo LOICZ, utilizando os três setores foi mais adequada para a caracterização da variabilidade espacial e contribuição destes nos fluxos de água e matéria e o metabolismo do estuário. O tempo de residência médio anual foi de 9 e 6 dias para 1 e 3 compartimentos, respectivamente. A baía exporta água para área costeira adjacente na taxa de 5,34.106.m3.d-1 na estação seca (inverno) e 8,03.106.m3.d-1 durante a estação chuvosa (verão). Em geral, o balanço de massa médio anual do sistema e seus compartimentos indicaram predominância de metabolismo autotrófico. Entretanto, o período chuvoso foi heterotrófico para o setor central e autotrófico para os demais, enquanto que no período seco o setor jusante passou a ser heterotrófico e os demais autotróficos. Quando o balanço foi efetuado no modelo de 1 caixa, a fixação do N supera a denitrificação (anual e sazonal), porém, quando efetuado em 3 caixas (setores) foi observado que há fixação líquida do nitrogênio somente no setor montante do sistema, demonstrando que a principal fonte de nitrogênio é o aporte continental via drenagem dos rios. As taxas de PP pelágica líquida (PPL) e bruta (PBL) da baía foram 106 e 176gCm-2.ano-1, corroborando com a autotrofia. A PPL dos setores montante, central e jusante foram 123, 114 e 76,4gC.m-2.ano-1, respectivamente. A PP foi potencialmente limitada pelo PID no setor montante e pelo NID jusante. De acordo com o estoque de nutrientes, clorofila-a e as taxas de PPL, o sistema pelágico do estuário pode ser classificado como mesotrófico. A PPB estimada através do modelo a partir de dados pretéritos e os obtidos neste estudo foi em média 147gC.m-2.ano-1. O setor central foi o mais produtivo com 236gCm- 2.ano-1 no períodos chuvoso e 120gCm-2.ano-1 no período seco, enquanto que nos canais de mangue correspondeu 12% da PP total do estuário. As razões C:N e o isótopo 13C evidenciaram o aporte de material terrestre nas regiões de rios e a contribuição de matéria da PP autóctone nos canais de mangue, setores central e jusante. Conforme o 13C, a contribuição terrestre/mangue nas amostras superficiais foi de 80-90% no setor montante, 50-70% central e 25-50% jusante, enquanto que no mar esteve em torno de 15-20%. A razão entre os grupos fenólicos (S/V= 0,84-1,38 e C/V=0,22-0,92) representou predominantemente a ocorrência de angiospermas lenhosas. As taxas de acumulação nos sedimentos apresentaram visualmente três fases deposicionais em todos os setores, uma atual (F1) entre 0-6cm com maior parte dos processos diagenéticos recente de carbono, intermediária (FII) entre 10-25cm e final (FIII, >25cm) de acumulação até a base dos testemunhos. As taxas de deposição de carbono na superfície de montante para jusante variaram de 90 a 30gCm-2.ano-1, enquanto a acumulação final na FIII foi de 5 a 10gCm-2.ano-1, respectivamente
metadata.dc.description.abstractother: The general purpose of this academic study is to investigate the origin, the metabolism, mass weight and the destination of biogenic matter (C, N and P) in the Baía de Guaratuba estuary (Paraná, Brazil) There were four steps in this study: 1) Evaluation of physical-chemical and biogeochemical behavior between rivers and sea. The data used in this study was obtained from Oct/01 to Aug/02 and four more collections in Jun/04, Feb/05, February and Mar/06. They were conducted in order to evaluate the bay’s main sources (rivers, mangrove canals, a sewer and the sea) 2) The LOICZ mass budget was calculated from data obtained between 2001 and 2002, taking into consideration several time frames (annual, seasonal and daily) in addition to divided parts (as a whole vs. parts); 3) Acquatic Fitoplanton Primary Production (PP) by the usage of in situ incubations at the internal, central and external sectors from Jan/05 to Jan/06 and application on the empirical model by Cole and Cloern (1987) to estimate the PP at collections in the bay; 4) Identification of origin and accumulation rates of sedimentary organic matter (OM) by the usage of geochemical markers: C:N, P, lignins, Chlorophyll, OM, isotopes 13C and 15N in superficial sediments (n=37) and in four cores (L=45), collected in July 04. Furthermore, the results obtained from physical-chemical parameters distribution related to salinity (0 to 35) and the distance river-sea (21 to -5 km) demonstrated a non-conservative behavior in all studied elements apart from silicate. The spatial distribution of nutrients identified the rivers as its main nitrate source, followed by mangroves which also influenced greatly on the variations in pH, SH, CO2, N:P, NID, PT. High concentrations of CO2 and saturation levels of DO suggested heterotrophy in relation to autrophy mainly in the internal and central sectors during summer. The usage of the LOICZ model in three sectors was more adequate in order to characterize spatial variability in water fluxes and matter in the estuary metabolism. The mean annual residential time was 9 and 6 days to 1 and 3 compartments respectively. The bay exports water to the coastal area to the rate of 5,34.106.m3.d-1 in winter and 8,03.106.m3.d-1 in summer. Generally, the mean annual mass budget of the system and its compartments indicate the predominance of autrophy. However, in summer it was heterotrophic in the central sector and autrophic in the other sectors. On the other hand, in winter, the external sector changed into heterotrophic. When the budget was used in a box model, the nitorgen fixation surpassed denitrification (annual and seasonal). In contrast, when it was used in three boxes, it could be observed that the liquid nitrogen fixation occurred only in the internal sector, which demontrates that the main source of N is originated from rivers. Moreover, the net PP and gross PP were 106 e 176gCm-2.year-1, corroborating to autrophy. The net PP in the internal, central and external sectors were 123, 114 and 76,4gC.m-2.year-1, respectively. The PP was potentially limited by DIP in the internal and DIN in the external sectors. According to nutrient stocks, chlorophyll and net PP, the estuary can be classified as mesotrophic. In addition, the gross PP estimated by the mean empiric model of 147gC.m-2.year-1 and the mangrove canals corresponded to 12% of the total PP of the estuary. The C:N rate and 13C proved continental drainage in river regions and the autoctone material in mangrove canals, internal and external sectors. According to land/ mangrove contribution in superficial samples, it was between 80% and 90% to the internal sector. Between 50% and 70% in the central and between 25% and 50% in the external sector, whereas at sea, it was about between 15% and -20%. The rate between the lignin groups (S/V= 0,84-1,38 and C/V=0,22-0,92) represented predominantly the occurrence of wood angiosperm. The accumulation rates showed three visual depositional stages in all sectors. The present one, (F1) between 0 to 6cm showed recent diagenetic carbon, the intermediate one showed (FII) between 10 to 25cm and the final one, (FIII, >25cm) of accumulation up to the base of the cores. The depositional carbon rates in the surface of the sediments from the internal to the external sectors ranged between 90 to 30gCm-2.year-1, whereas the final FIII accumulation was between 5 to 10gCm-2.year-1, respectively.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6124
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