Preferências ecológicas e potencial bioindicador das diatomáceas para avaliação ambiental de represas do Estado de São Paulo, Brasil

Abstract

Este estudo baseou-se em um banco de dados limnológicos e biológicos (diatomáceas de sedimento superficial e da coluna da água) de 33 reservatórios com gradiente trófico (ultraoligotrófico a hipereutrófico) distribuídos na região sudeste do Estado de São Paulo. Visou, como primeira etapa, calcular os ótimos e as tolerâncias ecológicas (etapa de regressão) das espécies de diatomáceas com a finalidade de propor um índice de diatomáceas para avaliar o estado trófico de represas, bem como um modelo de função de transferência diatomácea-fósforo (etapa de calibração) para inferir níveis pretéritos de fósforo da água. Além disso, visou avaliar o efeito da eutrofização sobre a homogeneização taxonômica e funcional das comunidades de diatomáceas. As amostras do sedimento superficial (n = 113) e do plâncton (verão e inverno, n = 226) foram obtidas entre 2009 e 2014. O método da média ponderada (WA) foi utilizado para a etapa de regressão (ótimo e tolerância das espécies), e modelos de regressão clássica e inversa foram testados para a etapa de calibração para a proposição do índice trófico de diatomáceas e para o modelo de função de transferência diatomácea-fósforo. Foram calculados os ótimos e as tolerâncias de fósforo total para 58 (sedimento superficial) e 53 (plâncton) espécies de diatomáceas. O modelo proposto com base nas diatomáceas do sedimento superficial apresentou melhor habilidade (r2 0.71, p<0.001, RMSE 49.43 μg L-1) do que as planctônicas para proposição do índice de estado trófico de represas (TDIR). O modelo de função de transferência apresentou alta habilidade preditiva (r2 0.80) e foi baseado em 63 espécies de diatomáceas (sedimento superficial). O modelo foi aplicado ao testemunho da represa Guarapiranga para a etapa de validação. O mesmo foi robusto para classificar e quantificar os níveis de fósforo da água de acordo com as fases paleoambientais da represa ao longo de 100 anos. Os resultados inferidos indicaram que a condição de referência da represa é em torno de 19 µg PT L-1 (oligotrófico) e o limiar de fósforo pré-eutrofização, em torno de 26 µgPT L-1 (mesotrófico). O processo de eutrofização contribuiu para a homogeneização taxonômica e funcional da comunidade de diatomáceas do sedimento superficial, enquanto que ambientes oligotróficos influenciaram na homogeneização biótica do plâncton. Este estudo fornece pioneiramente para regiões tropicais um índice de diatomáceas para avaliação da trofia de represas, bem como um modelo inferencial diatomácea-fósforo para reconstrução quantitativa da eutrofização. Ainda, expande o conhecimento sobre as preferências ecológicas das espécies de diatomáceas tropicais. Tais informações contribuem para avaliação da qualidade da água de reservatórios e forneem novas ferramentas para o gerenciamento de reservatórios no país e em regiões tropicais.

This study was based on a limnological and biological database (surface sediment and water column diatoms) of 33 reservoirs with trophic gradient (ultraoligo- to hyperereutrophic) distributed in the southeastern region of São Paulo State. The first aim was to calculate the optimum and ecological tolerances (regression stage) of diatom species in order to propose a diatom index to evaluate the trophic state of reservoirs, as well as a model of diatom-phosphorus transfer function (calibration step) to infer past levels of water phosphorus. In addition, it aimed to evaluate the effect of eutrophication on the taxonomic and functional homogenization of diatom communities. Surface sediment (n = 113) and plankton (summer and winter, n = 226) samples were obtained between 2009 and 2014. The weighted average (WA) method was used for the regression step (optimal and species tolerance), and classical and inverse regression models were tested for the calibration step for the proposition of the trophic index of diatoms and for the diatom-phosphorus transfer function model. Optimum and tolerances for total phosphorus were calculated for 58 (surface sediment) and 53 (plankton) diatom species. The model based on the surface sediment diatoms presented better ability (r2 0.71, p<0.001, RMSE 49.43 μg L-1) than phytoplankton diatom to propose the trophic diatom index of reservoirs (TDIR). The transfer function model showed high predictive ability (r2 0.80) and was based on 63 diatom species (surface sediment). The model was applied in a core from the Guarapiranga reservoir for the validation step. It was robust to classify and quantify the water phosphorus levels according to the paleoenvironmental phases of this reservoir over 100 years. The inferred results indicated that the reservoir reference condition is around 19 μg PT L-1 (oligotrophic) and the pre-eutrophication phosphorus threshold around 26 PT L-1 (mesotrophic). The eutrophication contributed to the taxonomic and functional homogenization of the surface sediment diatom communities, while oligotrophic environments influenced the biotic homogenization of plankton. This study is pioneer for tropical regions by providing the first trophic diatom index for reservoir, as well as the first diatom-phosphorus inferential model for quantitative reconstruction of eutrophication. It also expands knowledge about the ecological preferences of tropical diatom species. This research contributes to reservoir water quality assessment and provide new tools for reservoir management in the country and tropical regions.