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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.91.2018.tde-09042018-103753
Document
Author
Full name
Cristiane Formigosa Gadelha da Costa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Piccolo, Marisa de Cassia (President)
Lima, Walter de Paula
Moreira, Marcelo Zacharias
Rezende, Carlos Eduardo Menezes de
Teixeira Filho, José
Title in Portuguese
Processos hidrobiogeoquímicos de carbono e nitrogênio em diferentes usos da terra nas mesobacias dos rios Jaguari e Camanducaia
Keywords in Portuguese
Bacia hidrográfica
Manejo de bacias
Qualidade de água
Recursos hídricos
Abstract in Portuguese
O objetivo deste estudo foi compreender o efeito das mudanças no uso da terra na distribuição e transporte de carbono e nitrogênio, em rios de diferentes ordens nas bacias hidrográficas dos rios Jaguari e Camanducaia. O rio Jaguari tem o rio Camanduacia como um dos seus principais afluentes, e é um importante supridor do sistema de reservatórios "Cantareira", que abastece cerca de seis milhões de habitantes da Região Metropolitana de São Paulo, Brasil. Em cada sub-bacia, iniciou-se em janeiro de 2015 um estudo de um ano hidrológico, para monitoramento de parâmetros de qualidade da água, como pH, condutividade elétrica (CE), oxigênio dissolvido e porcentagem (OD), carbono orgânico e inorgânico dissolvido (DOC e DIC), nitrato (NO3-), amônio (NH4+), nitrito (NO2-), nitrogênio orgânico (NOD), nitrogênio total (TN), temperatura do ar e da água (T °C) e vazão (Q) para monitoramento do ambiente, além de taxa de respiração (TR), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), excesso de CO2 (Excess-CO2), utilização aparente de oxigênio (AOU) para análise do metabolismo do rio, e δ13C e δ15N para o entendimento da origem do material orgânico particulado. Para isso, 19 estações de amostragem foram selecionadas ao longo dos canais do rio Camanducaia (8 estações) e Jaguari (11 estações), duas estações nos seus principais afluentes Mosquito e Camanducaia Mineiro, respectivamente, e outras duas estações em pequenos riachos nas áreas de cabeça do Jaguari e as bacias hidrográficas de Camanducaia. A exportação de elementos pela mesobacia do rio Jaguari foi avaliada pelos fluxos de carbono, nitrogênio e material particulado em suspensão fino e grosso. Não foi verificado características de anaerobiose nos rios Jaguari e Camanducaia, apesar de terem ocorrido eventos em que Excess-CO2 ultrapassou 250 μM. Verificou-se a CE variando entre 15 e 156 μS cm-1 no rio Jaguari, e de 27 a 175 μS cm-1 no rio Camanducaia. Os pontos amostrais de áreas preservadas foram em média 5,8 e 3,7 vezes menores que os pontos a jusante no rio Jaguari e Camanducaia, respectivamente. A ACP reduziu as 9 variáveis relacionadas a variação espacial do carbono em 2 componentes, com alto nível de explicação (p<0,05), chamadas de qualidade de água (69,5%) e metabolismo do rio (16%). Os pontos a jusante dos rios foram altamente correlacionados entre si, e com as variáveis químicas (DOC, DIC e DBO) e número de habitantes. Para a dinâmica do nitrogênio relacionada ao uso da terra, covariáveis como CE, NOD, N-NH4+ TR e Q, apresentaram relação com os processos oxidativos e foram bons preditores para o nitrato. Ocorreu variação de N-NO3- de 3 a 139 μM no rio Jaguari e entre 3 e 199 μM no rio Camanducaia, obtendo correlação positiva com a CE (r=0,7), NOD (r=0,3) e inversa com o OD (r=-0,2). Assim, as diferentes zonas (cabeceira, trecho médio e jusante) da mesobacia do rio Jaguari influenciaram na distribuição de carbono e nitrogênio e essas estão associadas ao tipo de uso da terra, alterando a origem das fontes de N e C da matéria orgânica particulada.
Title in English
Hydrobiogeochemical processes of carbon and nitrogen in different land uses in the Jaguari and Camanducaia rivers watershed
Keywords in English
Biogeochemistry
Water conservation
Watershed
Watershed management
Abstract in English
The objective was to understand the effect of changes in land use on the distribution and transport of carbon and nitrogen in rivers of different orders in the Jaguari and Camanducaia river basins. The Jaguari River has the Camanduacia River as one of its main tributaries, and is an important supplier of the "Cantareira" reservoir system, which supplies about six million inhabitants of the Metropolitan Region of São Paulo, Brazil. In each medium-sized basin, a hydrological one-year study was initiated in January 2015 to monitor water quality parameters such as pH, electrical conductivity (CE), dissolved oxygen and percentage (OD), organic and inorganic carbon dissolved (DOC; DIC), total nitrogen (TN), air and water temperature (T °C), and flow rate (Q) were determined by the inorganic organic matter (DOC and DIC), nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), nitrite (BOD), excess of CO2 (Excess-CO2), apparent oxygen used (AOU) for the analysis of river metabolism, δ13C and δ15N to understand the origin of the particulate organic material. For this purpose, 19 sampling stations were selected along the channels of the Camanducaia River (8 stations) and Jaguari (11 stations), two stations in their main tributaries Mosquito and Camanducaia Mineiro, respectively, and two stations in small streams in the headwater of the Jaguari and Camanducaia watersheds. The exportation of elements by the Jaguari river basin was evaluated by the fluxes of carbon, nitrogen and particulate matter in fine and coarse. No anaerobic characteristics were observed in the Jaguari and Camanducaia rivers, although events occurred in which Excess-CO2 exceeded 250 μM. CE varied from 15 to 156 μS cm-1 in the Jaguari River and from 27 to 175 μS cm-1 in the Camanducaia River. The sample points of preserved areas were on average 5.8 and 3.7 times lower, than in the downstream points in the Jaguari and Camanducaia rivers, respectively. The ACP reduced the 9 variables related to the spatial variation of the carbon in 2 components, with a high level of explanation (p<0.05), called water quality (69.5%) and river metabolism (16%). The points downstream of the rivers were highly correlated with each other, and with the chemical variables (DOC, DIC and BOD) and number of inhabitants. For nitrogen dynamics related to land use, covariates such as EC, NOD, NH4+-N, TR and Q, were related to oxidative processes and were good predictors for nitrate. There was a variation of NO3- N between 3 and 139 μM in the Jaguari River and 3 to 199 μM in the Camanducaia River, obtaining a positive correlation with EC (r=0.7), NOD (r=0.3) and inverse OD (r=-0.2). Thus, the different zones (headwater, middle strecth and downstream) of the basin of the Jaguari River influenced the distribution of carbon and nitrogen and these are associated with the type of land use, changing the origin of N and C sources of particulate organic matter.
 
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Publishing Date
2018-05-11
 
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