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Efeitos do enriquecimento de nitrogênio para a ciclagem desse nutriente em ecossistemas de manguezal

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2018.

Main Author: Reis, Carla Roberta Gonçalves
Other Authors: Nardoto, Gabriela Bielefeld
Format: Tese
Language: Português
Published: 2018
Subjects:
Nitrogênio
Ecossistema
Isótopos
Nitrificação
Manguezais
Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/33195
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spelling ir-10482-331952018-12-12T19:32:32Z Efeitos do enriquecimento de nitrogênio para a ciclagem desse nutriente em ecossistemas de manguezal Reis, Carla Roberta Gonçalves Nardoto, Gabriela Bielefeld Nitrogênio Ecossistema Isótopos Nitrificação Manguezais Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2018. Texto parcialmente liberado pelo autor. Conteúdo restrito: Capítulos 2, 3 e anexos. Escopo e objetivos Manguezais provem importantes bens e serviços ecossistêmicos à sociedade e embora o enriquecimento de nitrogênio (N) possa ter grandes consequências para a provisão de bens e serviços por esses sistemas, nosso conhecimento sobre os efeitos do enriquecimento de N para a ciclagem de N em ecossistemas de manguezal ainda é limitado. Para contribuir com o conhecimento sobre os efeitos do enriquecimento de N para a ciclagem N em manguezais, nós compilamos e analisamos um banco de dados secundários em escala global e conduzimos dois estudos de caso em áreas de manguezal no Complexo Estuarino-Lagunar (CEL) de Cananeia-Iguape, São Paulo. O banco de dados incluiu taxas de transformação e de fluxos de N (fixação biológica de N, amonificação, nitrificação, denitrificação e volatilização), fluxos de N dissolvido na interface sedimento-água e a abundância natural dos isótopos estáveis do N (δ15N) no sistema sedimento-planta em manguezais não enriquecidos e enriquecidos por N. Os resultados obtidos foram comparados com dados de florestas tropicais terrestres relatados na literatura por serem os ecossistemas mais produtivos e com maiores taxas de ciclagem de N em todo o mundo. Em um dos estudos de caso no CEL de Cananeia-Iguape, nós avaliamos a hipótese de que o enriquecimento de N diminui as taxas de fixação biológica de N (FBN), mas intensifica a dinâmica e as perdas de N para a atmosfera em ecossistemas de manguezal. Para testar essa hipótese, nós avaliamos a ciclagem de N em manguezais de franja e de bacia não enriquecidos e enriquecidos por N através das concentrações de N no sedimento e na vegetação, taxas de FBN no sedimento e na serapilheira, taxas líquidas de amonificação e nitrificação no sedimento e o δ15N no sistema sedimento-planta-serapilheira e na água do estuário, que integram a dinâmica e as perdas de N para a atmosfera no sistema. No segundo estudo de caso no CEL de Cananeia-Iguape, nós avaliamos o uso do δ15N e de concentrações de N nas folhas como indicadores para o monitoramento da ciclagem de N em manguezais. Para tal, nós avaliamos as concentrações de N no sedimento e na vegetação e o δ15N foliar em parcelas permanentes de bosque de franja que diferem em dominância de espécies, estágio de sucessão ecológica e desenvolvimento estrutural, tanto em manguezais conservados não enriquecidos por N como em manguezais sujeitos ao enriquecimento de N e manguezais invadidos por macrófitas aquáticas. Conclusões Manguezais e florestas tropicais terrestres exibem intervalos semelhantes de taxas de FBN, denitrificação e de emissões de óxido nitroso (N2O) para a atmosfera. Em função das elevadas taxas de transformação e de perdas de N para a atmosfera que frequentemente exibem, manguezais desempenham um importante papel na ciclagem de N em sistemas costeiros de regiões tropicais e subtropicais em todo o mundo. Os principais fatores limitantes das taxas de transformação e de fluxos de N no sedimento de manguezais são a disponibilidade de N inorgânico dissolvido e a sua imobilização na biomassa microbiana. Manguezais são altamente eficientes em utilizar formas de N inorgânico dissolvido da água das marés, relacionado a uma rápida absorção pela vegetação de mangue e a uma eficiente imobilização de N no sedimento pela atividade microbiana. No entanto, em manguezais sujeitos ao enriquecimento de N, o excesso de N pode ser principalmente perdido para a atmosfera ao invés de assimilado pela vegetação de mangue ou conservado no sedimento. Como consequência, o excesso de N pode não afetar a FBN, mas intensifica as perdas de N para a atmosfera em manguezais, principalmente as perdas de óxidos de N via denitrificação direta incompleta quando comparado às perdas de N atmosférico (N2) via denitrificação completa acoplada. Considerando os cenários atuais e futuros de enriquecimento de N via poluição da água e deposição atmosférica, manguezais podem se tornar uma maior fonte de N2O para a atmosfera. Em adição aos efeitos do enriquecimento de N, as macrófitas aquáticas invasoras intensificaram a dinâmica e as perdas de N para a atmosfera nos manguezais invadidos com a introdução de matéria orgânica com elevadas concentrações de N no sedimento. Apesar da grande variabilidade estrutural de manguezais de franja, o δ15N foliar é um indicador consistente de alterações na ciclagem de N decorrentes do enriquecimento de N e invasão por macrófitas aquáticas em ecossistemas de manguezal. Rufford Foundation, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Background and goals Mangrove ecosystems provide critical societal goods and services, and although nitrogen (N) enrichment can have large effects on their provision, our understanding of excess N input effects on N cycling in mangrove ecosystems remains quite limited. To advance our understanding of how N enrichment affect N cycling in mangrove ecosystems, we compiled and evaluated literature data on N transformation and flux rates (biological N fixation, ammonification, nitrification, denitrification, and volatilization), dissolved N (DN) fluxes across the sediment-water interface, and the natural abundance of N stable isotopes (δ15N) in the sediment-plant system in non-N-enriched and N-enriched mangroves at the global scale. Data of tropical terrestrial forests were presented for comparative purposes since they are well recognized as being the most productive forested ecosystems on Earth, with the highest rates of N cycling. We also evaluated the hypothesis that excess N input decreases biological N fixation (BNF), but intensifies N dynamics and losses to the atmosphere from mangrove ecosystems in a study case in the Estuarine Lagunar-Complex (ELC) of Cananeia-Iguape, southeastern Brazil. To test this hypothesis, we evaluated N concentrations in sediment and vegetation, rates of BNF in sediment and leaf litter, net ammonification and nitrification rates in sediment, and the overall N dynamics and losses to the atmosphere using the δ15N in the sediment-plant-leaf litter system and estuarine water at non-N-enriched and N-enriched fringe and basin mangroves. In another study in the ELC of Cananeia-Iguape, we evaluated the applicability of leaf δ15N and N concentrations as indicators of N cycling in mangrove ecosystems for monitoring purposes. We evaluated N concentrations in sediment and vegetation and leaf δ15N at permanent study plots of fringe forests differing in species dominance, stage of ecological succession and structural development in non-N-enriched and N-enriched mangroves, and mangroves invaded by aquatic macrophytes. Conclusions Mangroves and terrestrial tropical forests exhibit a great overlap in rates of BNF and denitrification and nitrous oxide (N2O) flux rates. Because of the high rates of N transformation and fluxes to the atmosphere that mangroves often exhibit, mangrove ecosystems play a substantial role in N cycling in coastal areas of tropical and subtropical regions worldwide. The main factors limiting N transformation rates in mangrove sediment are inorganic DN availability and microbial immobilization. Mangroves are highly efficient users of DN forms from tidal waters, related to a rapid plant uptake and an efficient immobilization of DN in sediment by microbial activity. However, under N enrichment, excess N input can be mainly lost to the atmosphere rather than assimilated by mangrove vegetation or conserved in sediment. As a consequence, excess N input can not affect BNF, but intensifies N losses to the atmosphere from mangrove ecosystems, likely including N oxides losses via incomplete direct denitrification, rather than atmospheric N (N2) losses via complete coupled denitrification. Considering current and future scenarios of N enrichment via water pollution and N deposition from the atmosphere, mangroves can become a larger source of N2O to the atmosphere. In addition to the excess N input, invasive aquatic macrophytes further intensified N dynamics and losses to the atmosphere by introducing organic matter of high N concentrations into mangrove sediment. Despite of the large variability on vegetation structure of fringe forests, leaf δ15N is a consistent indicator of alterations in N cycling following N pollution and biological invasions in mangrove ecosystems. 2018-12-12T19:32:32Z 2018-12-12T19:32:32Z 2018-12-12 2018-03-02 Tese REIS, Carla Roberta Gonçalves. Efeitos do enriquecimento de nitrogênio para a ciclagem desse nutriente em ecossistemas de manguezal. 2018. 133 f., il. Tese (Doutorado em Ecologia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018. http://repositorio.unb.br/handle/10482/33195 Português Acesso Aberto A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. application/pdf
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