Um Método de Baixo Custo para Medir a Produtividade Primária In Situ de Comunidades de Perifítons de Águas Lênticas

A produtividade primária é a única entrada de carbono autóctone nos sistemas aquáticos que formam toda a teia alimentar do sistema¹. Assim, a estimativa precisa da produtividade primária é um passo essencial para a compreensão do funcionamento dos ecossistemas aquáticos. As zonas litorâneas são áreas de alta produtividade primária e biodiversidade. Além do fitoplâncton, presume-se que o perifíton (doravante denominados tapetes microbianos) e as macroalgas contribuam significativamente para a produtividade primária nas zonas litorâneas². Devido ao seu estilo de vida séssil e heterogeneidade espacial significativa, a quantificação da produtividade primária não é trivial.

A produtividade primária é impulsionada principalmente pela intensidade da luz, temperatura, disponibilidade de nutrientes e distribuição das espécies iônicas do sistema carbonatado nas respectivas profundidades das zonas eufóticas ^3,4. A profundidade influencia marcadamente a distribuição espacial dos tapetes microbianos. As comunidades microbianas devem lidar com os efeitos adversos da alta irradiação e das variações sazonais pronunciadas de temperatura em profundidades rasas e com menor intensidade de luz em profundidades maiores. Além do gradiente de profundidade, as interações tróficas dinâmicas geram padrões espaciais múltiplos e complexos em diferentes escalas⁵. Este sistema complexo é complicado de simular em laboratório. A maneira mais precisa de inferir a atividade metabólica de produtores primários individuais de zonas litorâneas é estabelecer experimentos in situ.

A metodologia introduzida neste trabalho baseia-se no método tradicional de câmara ^2,6,7, juntamente com uma barcaça flutuante transportável e de fácil construção e de baixo custo. Isso permite a medição da produtividade primária em diferentes profundidades sob o espectro de luz natural, temperatura e distribuição diferente das espécies iônicas do sistema de carbonato com a profundidade. O método baseia-se no princípio do oxigênio claro versus escuro da garrafa, que foi empregado pela primeira vez para medir a fotossíntese do fitoplâncton 6 e ainda é comumente utilizado ^6,7. Compara a taxa de variação do oxigênio em garrafas mantidas à luz (o que inclui os efeitos da produtividade primária e da respiração) com aquelas mantidas no escuro (apenas respiração)⁸. O método utiliza a evolução do oxigênio (fotossíntese) como proxy para a produtividade primária. As variáveis medidas são a produtividade líquida do ecossistema (NEP, como uma mudança na concentração de O 2 ao longo do tempo em condições de luz) e a respiração do ecossistema (RE, como uma mudança na concentração de O₂ ao longo do tempo no escuro). A produtividade bruta do ecossistema (GEP) é o cálculo da diferença entre os dois (Tabela 1). O termo “ecossistema” é usado aqui para denotar que o perifíton é composto de organismos autotróficos e heterotróficos. A melhoria mais significativa deste método de câmara tradicional é o uso de sensores ópticos de oxigênio não invasivos e a otimização deste método principalmente planctônico para medir a produtividade primária perifítica.

A técnica é descrita no exemplo de medição de tapetes microbianos na zona litorânea de lagos pós-mineração recém-surgidos na República Tcheca-Milada, Most e Medar. A atividade metabólica dos tapetes microbianos é determinada usando a medição direta in situ dos fluxos de O₂ realizada diretamente em profundidades específicas, onde as comunidades estudadas ocorrem naturalmente. A atividade heterotrófica e fototrófica é medida em garrafas de vidro fechadas equipadas com sensores ópticos de oxigênio não invasivos. Esses sensores detectam a pressão parcial de oxigênio usando a fluorescência de corantes sensíveis à luz. As garrafas com tapetes microbianos são suspensas e incubadas em um dispositivo flutuante nas profundidades apropriadas. A concentração de oxigênio dentro das garrafas foi medida continuamente durante o período de luz do dia a partir do pequeno barco.

Amostras de tapetes microbianos intactos são coletadas e colocadas em garrafas de incubação à prova de gás em profundidades designadas por mergulhadores. Cada garrafa é equipada com um microssensor óptico de oxigênio não invasivo, que monitora a produtividade/consumo de O₂ ao longo do tempo. Todas as medições são feitas em cinco pares escuros/claros replicados em cada profundidade. As intensidades de temperatura e radiação fotossinteticamente ativa (PHAR) são medidas nas respectivas profundidades ao longo da incubação. Após 6 h de incubação in situ (horas de luz do dia), os tapetes microbianos são colhidos das garrafas e secos. Os fluxos O₂ são normalizados para biomassa microbiana. Como controle, os fluxos são corrigidos para mudanças na concentração de O2 em garrafas separadas à prova de gás claro e escuro (controles em branco) contendo água do lago sem biomassa de esteira microbiana. Abaixo estão as instruções detalhadas para construir a barcaça flutuante e realizar todo o experimento passo a passo. Este trabalho também apresenta resultados representativos das medidas de tapetes microbianos em duas profundidades (1 m e 2 m), com cinco repetições em cada profundidade. A temperatura real e a intensidade da luz foram medidas durante todo o experimento usando dataloggers.