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Submitted by Yuri Costa (yuricost@gmail.com) on 2022-03-28T19:41:48Z No. of bitstreams: 1 Tese doutorado YURI COSTA 2021.pdf: 4939462 bytes, checksum: 7a5d04754b68085b0fc7fe6100f83454 (MD5) Approved for entry into archive by Setor de Periódicos (per_macedocosta@ufba.br) on 2022-03-29T18:26:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese doutorado YURI COSTA 2021.pdf: 4939462 bytes, checksum: 7a5d04754b68085b0fc7fe6100f83454 (MD5) Made available in DSpace on 2022-03-29T18:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese doutorado YURI COSTA 2021.pdf: 4939462 bytes, checksum: 7a5d04754b68085b0fc7fe6100f83454 (MD5) Previous issue date: 2021-12-08 FAPESB Entre os principais efeitos das mudanças climáticas na zona costeira a elevação do nível do mar é um dos mais relevantes, pois pode levar a inundação, erosão costeira e salinização dos solos e corpos d’agua. Os estuários podem ser os primeiros ambientes a serem afetados pela intrusão salina induzida pela elevação do nível do mar. Alterações no padrão de distribuição da salinidade no estuário podem afetar os organismos (fauna e flora), uma vez que são adaptados a viver neste ecossistema que está sujeito a fortes gradientes (e.g., salinidade, sedimento). Entre os organismos que habitam o estuário, a fauna bentônica tem sido utilizada com sucesso para acessar efeitos ecológicos das alterações nas variáveis físicas do ambiente. Esses organismos tem se mostrado muito úteis também na construção de modelos ecológicos preditivos. Esses modelos podem fornecer valiosas informações sobre quais serão os efeitos das mudanças climáticas e da elevação do nível do mar. Este estudo propõe a i) sistematização dos principais modelos preditivos ecológicos que utilizam a fauna bentônica; ii) compilação e discussão dos estudos que simularam os efeitos da elevação do nível do mar em estuários e iii) simulação do efeito da elevação do nível do mar na distribuição espacial da fauna bentônica em um estuário real, usando modelagem de distribuição de espécies. Foi observado que os principais modelos preditivos aplicados aos organismos bentônicos utilizaram modelagem de distribuição de espécies no monitoramento ambiental para prever impactos causados por atividades humanas, alterações causadas por mudanças climáticas e introdução de espécies exóticas. Recentemente a aplicação de técnicas de machine learning e uso de softwares gratuitos (e.g., R) apontam para o contínuo crescimento deste tópico de pesquisa. A literatura apontou também que os principais efeitos da elevação do nível do mar em estuários são a intrusão salina, as inundações e os efeitos ecológicos destes dois fenômenos. A síntese obtida com dados de modelos numéricos também indicou a influência da descarga dos rios sobre os efeitos diretos da elevação do nível do mar na intrusão salina. Os efeitos ecológicos da intrusão salina e inundação foram estudados principalmente através de experimentos manipulativos ou usando abordagens baseadas em sistemas de informação geográfica (e.g., modelo digital do terreno). Uma vez que modelos hidrodinâmicos numéricos possuem maior acurácia na previsão de tais efeitos, o uso de tais previsões em modelos ecológicos deve ser priorizado. A modelagem de distribuição de espécies foi aplicada com sucesso para previsão dos efeitos da intrusão salina no estuário do Jaguaripe - BA sobre a distribuição espacial de oito famílias de organismos bentônicos. De modo geral o modelo previu a progressiva migração dos organismos para regiões mais internas do estuário através de processos de colonização e extinção local. Essa migração poderá resultar em um efeito conhecido como marinização, causando possíveis desequilíbrios em médio prazo. Este estudo mostrou que os modelos ecológicos preditivos (i) são úteis para compreensão dos impactos ecológicos da elevação do nível do mar em ecossistemas estuarinos na fauna bentônica e (ii) representam uma importante ferramenta para gestores no planejamento de ações mitigatórias. Among the main effects of climate change in the coastal zone, the sea-level rise is one of the most relevant as it can lead to flooding, coastal erosion and salinization of soils and water bodies. Estuaries in particular may be the first environments to be affected by saline intrusion induced by sea-level rise. Changes in the salinity distribution pattern in the estuary can affect the organisms (fauna and flora), as they had to adapt to living in this ecosystem that is subject to strong gradients (e.g., salinity, sediment). Among the organisms that inhabit the estuary, the benthic fauna has been used successfully to assess ecological effects of natural or antroppgenic changes. Additionally, these organisms are used in the construction of predictive ecological models that can provide valuable information about the responses to future changes in the estuarine environment, such as sea level rise. This study proposes the investigation of i) the main predictive ecological models that use the benthic fauna; ii) the studies that simulated the effects of sea-level rise in estuaries and iii) to simulate the effect of sea-level rise on the macrobenthic spatial distribution in a estuary using species distribution modeling. The main predictive models applied to benthic organisms used species distribution modeling in environmental monitoring to predict human impacts and alterations caused by climate change and introductions of exotic species. The use of well-established approaches, the incorporation of machine learning techniques and the use of open-source software (e.g., R) contributed to the growth of this research topic. The main sea-level rise effects in estuaries were saline intrusion, flooding and the ecological effects associated with these two phenomena. The synthesis obtained with data from numerical models indicated a direct effect of sea-level rise on saline intrusion and highlighted the influence of river discharge. The ecological effects of saline intrusion and flooding have been studied primarily through manipulative experiments or using approaches based on geographic information systems (e.g., digital elevation models). Since numerical hydrodynamic models are more accurate in predicting such effects, the use of such predictions in ecological models should be encouraged. Species distribution modeling was successfully applied to predict the saline intrusion effects on the spatial distribution of eight families of benthic invertebrates in the Jaguaripe estuary. In general, local extinction and colonization processes resulted in migrations to the estuary innermost regions. These migrations can result in an effect known as estuary marinization and may cause important environmental changes as saline intrusion advances. This study showed that predictive ecological models are useful for understanding the ecological impacts of sea-level rise in estuarine benthic fauna and are an important tool for managers in planning mitigation actions.

Os caramujos do gênero Biomphalaria (Gastropoda, Planorbidae) estão amplamente distribuídos no Brasil. Esses moluscos podem tolerar diferentes pressões ambientais, tornando- se difícil uma caracterização específica do seu nicho ecológico. A esquistossomose é uma doença parasitária causada pelo parasito Schistosoma mansoni. No Brasil, os hospedeiros intermediários naturais do S. mansoni são Biomphalaria glabrata, Biomphalaria straminea e Biomphalaria tenagophila. Alterações climáticas podem afetar o potencial epidemiológico da transmissão da esquistossomose e a previsão dos potenciais efeitos das mudanças climáticas globais sobre a distribuição dos hospedeiros intermediários é essencial para o planejamento de possíveis intervenções. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é verificar as áreas de adequabilidade para cada uma das três espécies, considerando dados de ocorrência obtidos para o território brasileiro. Os dados de ocorrência das espécies foram obtidos em banco de dados de biodiversidade, literatura científica, base de dados online e na coleção do Museu de Malacologia Prof. Maury Pinto de Oliveira. As variáveis bioclimáticas foram extraídas no banco de dados mundial WorldClim e para a modelagem de nicho climático, foi utilizado o algoritmo MaxEnt. Foi obtido o total de 857 registros de ocorrência, para as três espécies, com 46,6% dos dados descartados por falta de informação do local de coleta ou por serem animais criados em laboratório. Biomphalaria glabrata foi a espécie que apresentou maior número de registros (237), seguida por B. tenagophila (156) e B. straminea (114). Biomphalaria straminea foi, entre as três espécies, a que apresentou uma área maior de adequabilidade na costa brasileira. Para as três espécies, a camada de regiões hidrográficas foi a que mais contribuiu para o modelo. A partir dos modelos gerados para as três espécies é possível observar que as áreas de adequabilidade estão concentradas nas áreas mais urbanizadas, mostrando a necessidade de um olhar mais crítico para os grandes centros urbanos, intervenções do poder público e manejo adequado das espécies hospedeiras do S. mansoni. The freshwater snails of the genus Biomphalaria belonging to the family Planorbidae are widely distributed in Brazil. These molluscs can tolerate different environmental pressures, but it is difficult to provide a specific characterization of their ecological niche. Schistosomiasis is a parasitic disease caused by the parasite Schistosoma mansoni. In Brazil. Biomphalaria glabrata, Biomphalaria straminea and Biomphalaria tenagophila act as natural intermediate hosts for this parasite. Climate change can affect the epidemiological potential of schistosomiasis transmission. Thus, accessing the potential effects of global climate change is essential for decision making about this disease. Hence, the goal of the present work is to provide a climatic niche model for these three species of Biomphalaria, based on the occurrence data for Brazil. The species occurrence data were obtained from biodiversity databases, scientific literature, and from the collection of the Museu de Malacologia Prof. Maury Pinto de Oliveira. The bioclimatic variables were obtained from the WorldClim database and for the climatic niche modeling, the MaxEnt algorithm was used. We obtained a total of 857 occurrence records for the three species and 46.6% of the data was excluded from the analysis according to the inclusion and exclusion criteria. Biomphalaria glabrata was the most representative species with 237 records, followed by B. tenagophila with 156 and B. straminea with 114 records. Biomphalaria straminea presents the greater coverage of a suitability area along the Brazilian coast. For the three species, the hydrographic regions layer was the one that contributed the most to the model. The models obtained for the three species show that the high suitability areas are concentrated in the most urbanized areas, evidencing the need for interventions by the public authorities and adequate management of the intermediate hosts of S. mansoni.

O entendimento das teias tróficas de ambientes aquáticos é um passo crucial para orientar a tomada de decisão que vise à melhoria da qualidade de água dos ecossistemas aquáticos continentais. Lagos artificiais são ecossistemas aquáticos que têm papéis importantes para as populações humanas devido aos seus usos múltiplos, como abastecimento de cidades, dessedentação animal, pesca, e produção de energia. Em regiões tropicais semiáridas, onde a escassez de água é uma constante, esses ecossistemas podem ser ainda mais utilizados. Além disso, alterações naturais e artificiais associadas à biota, aos usos múltiplos e ao clima da região (como aumento da temperatura e longos períodos de estiagem) favorecem espécies resistentes. Essas alterações da estrutura e funcionamento destes ambientes causam degradação ambiental e deterioram da qualidade da água. O objetivo deste trabalho foi quantificar a teia trófica de um lago artificial no semiárido brasileiro, à fim de descrever os mecanismos (drivers) principais que atuam na estrutura e dinâmica deste ecossistema. Assim, utilizamos o software Ecopath with Ecosim para representar um lago artificial localizado na Estação Ecológica do Seridó (ESEC) na região semiárida do Nordeste brasileiro. Nós fizemos três modelos com o mesmo conjunto de dados (maio de 2012 a abril de 2014): um modelo anual, um modelo mensal com as mesmas características do anual e um mensal com nutrientes como parte da teia trófica, simulando variações relacionadas a dinâmica de nutrientes e plâncton. As simulações foram testadas sob influência de duas funções forçantes (FF de fósforo e de radiação) e sob diferentes cenários de impactos (alteração na carga de nutrientes e remoção de peixes). O modelo que melhor representou o ecossistema foi o modelo mensal, que apresentou resultados mais condizentes com a realidade do lago artificial, que tratava-se de um ambiente eutrófico e enfrentava uma seca severa no período de monitoramento dos dados. Os resultados da modelagem indicaram que o lago artificial da ESEC é um ecossistema cuja maior parte da energia vem da cadeia de detritos, com alta produtividade primária, de baixa resiliência e que apesar de as espécies-chave serem predadores de topo, estas parecem não influenciar muito a dinâmica do plâncton, mostrando uma dinâmica de controle ascendente (bottom-up) e corroborando com os resultados de estudos prévios, em clima tropical, e de um experimento de biomanipulação realizado no reservatório na mesma época da coleta de dados. Understanding the trophic webs of aquatic environments is a crucial step in guiding the decision making process aimed at improving the water quality of continental aquatic ecosystems. Man-made lakes are aquatic ecosystems that play important roles for human populations due to their multiple uses, such as supplying cities, animal consumption, fishing, and energy production. In semi-arid tropical regions, where water scarcity is a constant, these ecosystems can be used even more. In addition, natural and artificial changes associated with biota, multiple uses and the region's climate (such as rising temperatures and long periods of drought) favor resistant species. These changes in the structure and functioning of these environments cause environmental degradation and deteriorate water quality. The aim of this study was to quantify the trophic web of a man-made lake in the Brazilian semiarid region, in order to describe the main mechanisms (drivers) that act in the structure and dynamics of this ecosystem. Thus, we used the Ecopath with Ecosim software to represent a man-made lake located at the Seridó Ecological Station (ESEC) in the semi-arid region of the brazilian Northeast. We made three models with the same data set (May 2012 to April 2014): an annual model, a monthly model with the same characteristics as the annual and a monthly one with nutrients as part of the trophic web, simulating variations related to the dynamics of nutrients and plankton. The simulations were tested under the influence of two forcing functions (phosphorus and radiation FF) and under different impact scenarios (changes in nutrient loading and fish removal). The model that best represented the ecosystem was the monthly model, which showed results more consistent with the reality of the man-made lake, which was a eutrophic and was facing severe drought during the data monitoring period. The modeling results indicated that the ESEC man-made lake is an ecosystem whose most of the energy comes from the detritus chain, with high primary productivity, with low resilience and that although the key species are top predators, they do not seem to influence the dynamics of plankton, showing a dynamic of bottom-up control and corroborating with the results of previous studies, in tropical climate, and of a biomanipulation experiment carried out in the man-mande lake at the same time as the data collection.

Os impactos das mudanças climáticas sobre a biodiversidade despertam um interesse particular, em função dos possíveis efeitos sobre a distribuição e a perda de espécies. Atualmente, observamos um grande avanço no desenvolvimento de ferramentas de análise e modelos teóricos que permitem a realização de estudos cada vez mais refinados de modelagem ecológica, integrando dados provenientes de estudos independentes ou informações contidas em bancos de dados de biodiversidade. Nesse contexto, a modelagem de nicho climático, pode representar ferramentas úteis para a previsão da distribuição de espécies exóticas e os possíveis impactos sobre a diversidade nativa. Achatina fulica Bowdich, 1822, espécie popularmente conhecida como caracol gigante africano, é incluída no ranking das 100 piores espécies exóticas invasivas no mundo, uma vez introduzida em diferentes locais fora da sua área nativa, apresenta uma extraordinária adaptação e dispersão. Essa espécie ainda pode atuar como hospedeiro intermediário de parasitos com importância médica e veterinária, tais como os nematoides Angiostrongylus varsorum, A. cantonensis e A. costaricencis. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a distribuição potencial de Achatina fulica em sua área nativa (Etiópia, Tanzânia e Quênia) e invadida (Brasil) em condições atuais utilizando a modelagem de entropia máxima (MaxEnt) para prever o seu potencial de invasão no Brasil e desenvolver um mapa de risco de áreas passíveis de serem invadidas no futuro, identificando fatores bioclimáticos que contribuem para a invasão desta espécie e assim utilizar de ferramentas para priorização e gestão eficaz da espécie para o Brasil. A área de estudo incluiu todos os estados do Brasil e áreas nativas do leste oriental do Continente Africano. Todos os registros de presença foram compilados por município dos estados do Brasil e África em um banco de dados excel da Microsoft. No banco de dados mundial WorldClim foram utilizados dados climáticos históricos “variáveis do presente” (1970-2000) e “variáveis do futuro” (até 2050). Para a modelagem de nicho climático, foi utilizado o algoritmo MaxEnt. Foram obtidos 476 registros de ocorrência da espécie em área não nativa, no Brasil e 27 registros na área nativa da espécie na África. No presente estudo, observamos que A. fulica já se encontra em todos os 26 estados do Brasil e Distrito Federal, assim o monitoramento e a previsão dos potenciais efeitos das mudanças climáticas globais sobre sua distribuição são essenciais para potenciais intervenções visando o manejo dessa espécie. The impacts of climate change on biodiversity are of particular interest because of the possible effects on species distribution and loss. We are currently seeing a major breakthrough in the development of analytical tools and theoretical models that allow for more refined ecological modeling studies, integrating data from independent studies or information contained in biodiversity databases. In this context, climate niche modeling may represent useful tools for predicting the distribution of exotic species and the possible impacts on native diversity. Achatina fulica Bowdich, 1822, a species popularly known as the African giant snail, is included in the ranking of the 100 worst invasive alien species in the world, once introduced in different places outside its native area, presents an extraordinary adaptation and dispersion. This species can still act as an intermediate host of parasites of medical and veterinary importance, such as the nematodes Angiostrongylus varsorum, A. cantonensis and A. costaricencis. The objective of the present work was to evaluate the potential distribution of Achatina fulica in its native area (Ethiopia, Tanzania and Kenya) and invaded (Brazil) under current conditions using the maximum entropy modeling (MaxEnt) to predict its invasion potential in Brazil and to develop a risk map of areas likely to be invaded in the future, identifying bioclimatic factors that contribute to the invasion of this species and thus use tools for prioritization and effective management of the species for Brazil. The study area included all Brazilian states and native areas of eastern eastern Africa. All presence records were compiled by county of the states of Brazil and Africa in a Microsoft Excel database. In the world-wide WorldClim database, historical climate data were used "variables of the present" (1970-2000) and "variables of the future" (until 2050). For the model of climatic niche, the MaxEnt algorithm was used. There were 476 records of the occurrence of the species in a non - native area in Brazil and 27 records in the native area of the species in Africa. In the present study, we observed that A. fulica is already found in all 26 states of Brazil and the Federal District, so monitoring and predicting the potential effects of global climate change on its distribution is essential for potential interventions aimed at the management of this species.

RESUMO A eco-hidrologia busca integrar os conhecimentos da hidrologia aos da ecologia, criando uma abordagem mais ampla para a compreensão da dinâmica dos recursos hídricos, facilitando o planejamento e as ações de programas de gestão. Uma das formas de integrar hidrologia à ecologia é por meio da elaboração de índices de adequabilidade de hábitat (IAHs), processo que tem se destacado por fornecer informações relevantes sobre áreas úmidas. O IAH é obtido pela relação entre as informações sobre espécies bioindicadoras e as condições eco-hidrológicas necessárias à sua sobrevivência, permitindo a avaliação de impactos sobre as espécies. O desenvolvimento de IAHs, integrados a processos de modelagem hidrodinâmica e sistemas de informação geográfica (SIGs), proporciona a obtenção de imagens de adequabilidade de hábitat, que permitem obter informações espacializadas sobre a qualidade do hábitat de determinada espécie, ou grupo de espécies, colaborando para o aperfeiçoamento das estratégias de gerenciamento dos recursos hídricos e a conservação da biodiversidade de áreas úmidas. A fim de melhor elucidar o processo de desenvolvimento de IAHs e sua aplicação, é apresentada a metodologia utilizada para avaliar a adequabilidade do Banhado do Taim, inserido na Estação Ecológica do Taim, importante área úmida localizada no sul da planície costeira do Rio Grande do Sul. ABSTRACT The ecohydrology aims at integrating the concepts of hydrology and ecology, creating a broader approach to understand the water resources’ dynamics, facilitating the plan and management of resources. One way to integrate hydrology with ecology is by developing Habitat Suitability Index (HSI), a process that stands out by providing relevant information on wetlands. HSI is obtained by relating the information about the bioindicators and ecohydrological conditions necessary to ensure these species’ survival, enabling to evaluate the impacts on them. The development of HSIs integrated with hydrodynamic modeling and Geographic Information Systems (GIS) allows us to obtain spatialized habitat suitability information, that provide information about the quality of a species’ (or group of species’) habitat, contributing to the improvement of water resources management strategies combined with the biodiversity conservation in wetlands. Regarding this, the present article presents the HSI’s development process and its application to evaluate the suitability of the Taim Basin, inserted in Taim Ecological Station, an important Southern Coastal wetland located in the State of Rio Grande do Sul.

Os padrões de distribuição da diversidade genética são moldados por um conjunto de diferentes fatores que influenciam a dinâmica evolutiva dos taxa. Entender quais processos evolutivos levaram à diferenciação entre populações e à manutenção de linhagens genéticas isoladas permite a compreensão do papel de diferentes forças atuando na manutenção da história evolutiva das espécies e um melhor entendimento dos processos de diversificação. O objetivo geral desta tese foi identificar e compreender os processos de diversificação que moldaram a diversidade nos campos do Sul da América do Sul através da variabilidade genética de Petunia axillaris subsp. parodii, táxon amplamente distribuído na região estudada. Os objetivos específicos deste trabalho foram (a) inferir como as oscilações climáticas do Pleistoceno influenciaram a dinâmica populacional e a história evolutiva do complexo P. axillaris, (b) investigar as potenciais zonas híbridas entre P. axillaris subsp. parodii e P. P. axillaris subsp. axillaris, buscando evidências genéticas e morfológicas de migração e/ou hibridação entre estes taxa, e (c) identificar linhagens evolutivas de P. axillaris subsp. parodii e compreender quais processos influenciaram a dinâmica evolutiva da diferenciação destas linhagens. Para tanto, realizamos experimentos e análises envolvendo a detecção de polimorfismos genéticos e dados ecológicos através das seguintes técnicas: modelagem de nicho ecológico e identificação de biorregiões, amplificação e análise de loci de microssatélites e sequenciamento de ampla cobertura do genoma. Os resultados obtidos foram divididos em três artigos científicos, contemplando cada um dos objetivos específicos da tese, e permitiram identificar como os eventos climáticos do Pleistoceno moldaram os padrões de diversificação dos campos do Sul da América do Sul através de processos ecológicos, eventos de hibridação e quebras filogeográficas. Essa tese trouxe evidências para o entendimento dos mecanismos de diversificação e especiação em plantas do Cone Sul, além de abrir perspectivas de trabalhos futuros. A set of different factors influences the evolutionary dynamics of taxa and shapes the genetic diversity distribution. Understanding which evolutionary processes led to differentiation between populations and the maintenance of isolated genetic lineages allows the comprehension of the evolutionary forces acting on the diversification processes. The main aim of this thesis was to identify and understand witch diversification processes shaped the diversity in the grasslands of the southern South America through the genetic variability of Petunia axillaris subsp. parodii, a widely distributed taxon from this region. The specifics goals of this study were (a) to infer how Pleistocene climate fluctuations influenced on the population dynamics and evolutionary history of the P. axillaris complex, (b) to investigate the potential hybrid zones between P. axillaris subsp. parodii and P. axillaris subsp. axillaris, searching for genetic and morphological evidences of migration and/or hybridization between these taxa, and (c) to identify P. axillaris subsp. parodii evolutionary lineages and understand which processes influenced on the evolutionary dynamics of the differentiations among those lineages. To do that, we performed experiments and analyzes involving the detection of genetic polymorphisms and ecological data through the following techniques: ecological niche modeling and bioregion identification; amplification and analysis of microsatellite loci; and broad genome sequencing. The results obtained were divided into three scientific articles, covering each of the specific goals and allowed to identify how the Pleistocene climatic events shaped the diversification patterns of the southern South American fields through ecological processes, climate events, hybridization, and phylogeographic breaks. This thesis has provided some further evidence on the mechanisms of diversification and speciation in plants from the Southern Cone and also opened some perspectives for future works.

Duas espécies de cetáceos apresentam padrões de distribuição peculiares ao longo da costa brasileira, muito provavelmente em resposta às condições hidrográficas e topográficas que ocorrem entre 20 e 33°S. A primeira espécie, a franciscana ou toninha (Pontoporia blainvillei), é um golfinho de distribuição restrita do Brasil até a Argentina, que ocorre primariamente na plataforma continental interna, raramente ultrapassando os 50 m de profundidade. Já a segunda espécie, o golfinho-pintado-do-Atlântico (Stenella frontalis), é um golfinho de distribuição restrita ao Oceano Atlântico, que ocupa principalmente a plataforma continental. Estas duas espécies apresentam hiatos ao longo da sua distribuição no Brasil que tem consequências na morfologia e estrutura genética das espécies. Através da aplicação de diferentes métodos, o principal objetivo deste estudo foi investigar a influência do ambiente marinho no padrão de distribuição e na estrutura genética destas duas espécies com ênfase na costa brasileira. No primeiro capítulo, investigou-se a relação do ambiente marinho com o padrão de distribuição da franciscana. Para tanto, uma revisão e atualização da distribuição das áreas de manejo da franciscana (FMA), e dos limites dos hiatos, ao longo do Brasil foram realizadas. Análises de nicho ecológico sugerem que os hiatos fazem parte do nicho fundamental da franciscana que seriam, portanto, relativamente adequados para a espécie.No entanto, o estreitamento da plataforma continental parece ser o principal fator que explica a ausência da espécie nos hiatos e, inclusive poderia explicar a diferenciação genética entre algumas FMAs. No segundo e terceiro capítulos, a relação entre similaridade genética e distâncias geográficas e ambientais foram investigadas para o golfinho-pintado-do- Atlântico em duas escalas: ao longo de praticamente toda distribuição e em uma escala mais restrita com ênfase no Brasil. Populações geneticamente distintas ao longo de toda distribuição da espécie foram identificadas com base em um marcador mitocondrial, que podem ser resultado Isolamento por Distância e Isolamento por Resistência, relacionados tanto com condições ambientais contemporâneas quanto do passado (Último Glacial Máximo). As análises de estrutura populacional do golfinho-pintado-do-Atlântico no Brasil, investigada mais profundamente com marcadores genômicos, indicam ao menos a existência de três populações (Brasil, Colômbia e Oceânica) suportanto, portanto, a hipótese de uma população isolada no sudeste do Brasil. De forma geral, conclui-se que o ambiente marinho e, principalmente, fatores como extensão da plataforma continental, batimetria e temperatura tem um papel fundamental para explicar o padrão de distribuição destas espécies no Brasil. Além disso, outros processos podem estar envolvidos na estruturação genética do golfinho-pintado-do-Atlântico e também da franciscana como, por exemplo, estrutura social, filopatria e a história evolutiva destas espécies. O maior desafio para conservação da franciscana é seu status de Criticamente Ameaçada no Brasil e, em relação ao golfinho-pintado-do-Atlântico é a deficiência de dados. Uma vez que ambas espécies ocorrem na porção mais desenvolvida do país, os resultados aqui obtidos têm impacto direto na conservação destas espécies, porque trazem informações que podem ser utilizadas em planos futuros de conservação e manejo. Along Brazilian coastal waters, either franciscana and Atlantic spotted dolphins exhibited distributional gaps, which is most likely resulting from changes in the environmental features between 20 and 33°S. The former species, franciscana (Pontoporia blainvillei), is a river dolphin with restricted distribution from Brazil to Argentina, recorded mainly up to 50 m deep over the inner shelf. The second species, Atlantic spotted dolphin (Stenella frontalis), is a delphinine dolphin distributed across the Atlantic Ocean, being mainly recorded over the continental shelf. The distribution patterns that these species showed in Brazil have a direct influence on the morphology/ecology and genetic struture of both species. Different approaches were applied to address the main goal of this study, which was investigating the influence of marine environment in shaping the distribution pattern, as well as genetic strcuture of franciscana and Atlantic spotted dolphin with emphasis in the Brazilian coastal waters. In the first chapter, I investigated the franciscana distribution in Brazil using an ecological niche modeling approach. In order to do that, I performed a review of records of the species along Brazial and, updated the limits of franciscana management areas (FMAs) and distributional gaps. The results suggested that gaps are within franciscana fundamental niche and, therefore, both gaps would be suitable for franciscana. However, the narrow of continental shelf seems to be the main factor inhibiting the presence of franciscana in these areas. Furthermore, the narrowing of continental shelf play a role to explain the genetic differentiation among FMAs. In the second and third chapters, the relationship between genetic distances and geographic and environmental distances were investigated both in a restrict and a broad scale. I found genetically distinct populations 12 across Atlantic spotted dolphin distribution based on mtDNA, that are probably resulting of Isolation-by-Distance and Isolation-by-Resistance related both with contemporary and past conditions (e.g. Last Glacial Maximum). Furthermore, I investigated population struture using genomic markers (Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs) across Western South Atlantic, Caribbean and Eastern Atlantic. The results suggested at least three different populations, and therefore, confirmed previous hypothesis of an isolated population in the southeastern Brazil. Overall, I concluded that marine envinronment, especially the extension of continental shelf, bathymetry and sea surface temperature, are the main factors that explaning the distribution pattern of franciscana and Atlantic spotted dolphin in Brazil. Besides that, other process such as, social structure and phylopatry, as well as biogeographical process might be investigated in further studies. Franciscana is considered “Critically endangered” in Brazil, and Atlantic spotted dolphin has not enough data to determine its conservation status. Since both species are recorded in the most developed region of the country with high anthropic pressure, my results could help in future management and conservation plans for both species in a regional scale.

Reservoirs are considered transition systems between rivers and lakes with particular features due to its morphology and watershed inflows. Studies about aquatic metabolism in subtropical aquatic ecosystems, particularly in reservoirs, have been based on direct measurements and statistical relationships in specific gauge stations of the system rather than on analytical models, which are capable of representing the metabolic processes at different temporal and spatial scales. This paper aimed to evaluate the temporal variability of metabolism in a subtropical reservoir, named Faxinal reservoir, located in Caxias do Sul, Rio Grande do Sul state, Brazil, by using an ecological model (IPH-ECO) which was coupled with a hydrological model (IPH-II) to estimate inflows and nutrient loadings from the watershed. After model calibration, metabolic daily rates of gross primary production (GPP) and respiration (R) were estimated over a 1-year period (from November 2011 to December 2012), considering a process-based algorithm based on dissolved-oxygen budget implemented in the IPH-ECO model. Faxinal reservoir were net heterotrophic 97% of the simulation period. The temporal variability of GPP and R followed the general pattern of phytoplankton biomass in reservoir, which was more related to autochthonous factors such as water residence time, light availability, nutrient concentration and zooplankton grazing. Only during heavy rainfall period, increasing the terrestrial exports, the concentration of phosphorus was higher leading to an increase of chlorophyll-a concentration and hence metabolic rates of GPP and R. Therefore, considering the long dry period during the simulation, the aquatic metabolism of Faxinal reservoir is more influenced by the internal dynamic of the aquatic ecosystem than the watershed inputs. RESUMO A morfologia e o aporte da bacia hidrográfica fazem dos reservatórios um sistema de transição entre rios e lagos com características particulares em termos hidrodinâmicos e de metabolismo. Estudos sobre o metabolismo em ecossistemas aquáticos subtropicais, particularmente em reservatórios, têm se baseado mais em medições diretas e pontuais e em relações estatísticas que em modelos analíticos capazes de representar os processos envolvidos em diferentes escalas espaço-temporais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade temporal do metabolismo de um reservatório subtropical na cidade de Caxias do Sul/RS através do modelo ecológico IPH-ECO, o qual foi acoplado ao modelo hidrológico IPH-II para estimar as contribuições da bacia hidrográfica. Após a calibração dos modelos, foram calculadas as taxas metabólicas de produção primária (GPP) e respiração (R) para o período de nov/2011 a dez/2012 através dos processos que compõem o balanço de oxigênio no modelo IPH-ECO. O reservatório apresentou um metabolismo autotrófico em 97% do período de simulação. As variações temporais de GPP e R acompanharam o padrão de variação da comunidade fitoplanctônica, sendo esta variação mais associada a fatores autóctones, tais como tempo de residência, disponibilidade de luz na água, concentração de nutrientes e predação por herbívoros. No período de chuva, foi observado um maior aporte de fósforo da bacia hidrográfica que provocou um aumento da concentração de clorofila-a e, consequentemente, das taxas de GPP e R. Considerando o período simulado, o metabolismo do reservatório respondeu mais em função da dinâmica interna do sistema do que ao aporte da bacia hidrográfica.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A investigação da dinâmica temporal do fitoplâncton em corpos d’agua é uma necessidade real e crescente diante dos problemas envolvendo processos de eutrofização decorrente de impactos humanos. Dada a complexidade dos fenômenos envolvendo o crescimento fitoplanctônico, faz-se necessário o uso de modelos matemáticos em softwares que simulem as estruturas e processos relacionados a este crescimento. Neste trabalho, utilizamos o modelo IPH-ECO (versão 0-D), software que integra os processos hidrodinâmicos, de qualidade da água (limnologia) e de biologia das espécies aquáticas. O ambiente estudado foi a lagoa costeira de Extremoz que abastece a capital Natal (RN), durante o período de 07/2012 a 08/2013. Depois da calibração do modelo, utilizando a dinâmica da clorofila-a como variável resposta, foram simulados vários cenários alterando individualmente as variáveis forçantes: chuva, evaporação, vento, radiação solar e temperatura. Os resultados mostram que a versão 0-D do modelo IPHECO é insensível as alterações da variações climáticas, impedindo com que esta versão seja usada em simulações de poluição ou ainda para o manejo do lago. The investigation of temporal dynamics of phytoplankton in water bodies is a growing need because of problems involving eutrophication processes due to human impacts. Given the complexity of the phenomena involving phytoplankton growth, it is necessary, the use of mathematical models to simulate related processes and structures involved in phytoplankton´s growth. In this study, we used the IPH-ECO model (0-D version) software that integrates the hydrodynamic processes, water quality (limnology) and biology of aquatic species. Extremoz coastal lagoon was studied because this environment supplies the city of Natal (RN) during the period from 07/2012 to 08/2013. After model calibration, using the dynamics of chlorophyll-a as the response variable, we simulated various scenarios individually changing the forcing variables: rain, evaporation, wind, solar radiation and temperature. The results show that the 0-D version of the model IPH-ECO is insensitive to climatic variations, preventing this version to be used in simulations of pollution or for the management of the lagoon.

CNPq The environment is a complex system where human, ecological environment (e.g., plants, animals, microbes), materials (eg, pollutants, medical), and meteorological/oceanographic conditions interact. The human impact has potential to cause significant damage to the ecological environment (e.g., potential oil spills on the coast cause risk to coastal ecosystems, tuna industrial fishing cause risk to sharks that are bycaught). Similarly, the human impact may turn against the human itself by favoring the growth of populations of unwanted species (e.g., poor sanitation favors the growth of microbial populations that cause risk of an excessive proportion of sick humans). Therefore, it has been demanded an efficient method of quantifying the risks in systems where plant, animals or microbes populations are involved in order to give support to risk management in environmental issues, fisheries management and public health. First, this paper proposes a methodology capable of quantifying ecological risks (i.e., likelihood of adverse effects on the ecosystem, in the long term, due to exposure to stressors such as chemical, fishing, etc.) or microbial risks (i.e., likelihood of adverse effects in humans, in the long term, due to exposure to microbial pathogens). It uses population modeling to simulate future changes in populations of ecologically important species (e.g., fish, corals, sharks), or undesirable (e.g., parasites), under conditional scenarios simulating the influence humans impacting and/or managing the risks. The risk is calculated in terms of probability of extinction or decline, explosion or growth of these populations over time. Second, the methodology is applied to four case studies in Brazil. Each of them have their specific conclusions, as follows. (1) Ecological Risk Assessment caused by potential maritime accidents in the transportation of oil to the port of Suape. Conclusion: low but significant ecological risk. (2) Ecological Risk Assessment caused by potential maritime accidents in the passage of oil tankers nearby Fernando de Noronha. Conclusion: negligible ecological risk, although a more detailed analysis is required due to limited data. (3) Microbial Risk Assessment to Porto de Galinhas community inherent to sanitation and medical treatment program. Conclusion: high microbial risk, the current sanitation level is not enough to contain the spread of schistosomiasis disease, and periodic treatment of patients is not efficient to reduce risks significantly. (4) Ecological Risk Assessment of tuna industrial fishing in Brazilian waters. Conclusion: industrial tuna fishing does not cause significant risks to the population of Mako sharks in the South Atlantic Ocean. In each case study, several conditional scenarios were simulated for the next 100 years, including adverse scenarios and scenarios with risk control measures. Thus, it was possible to quantify the added risk caused by each adverse condition as well as the reduced risk caused by each control measure. In this way, the manager has objective information to prioritize scenarios and evaluate the cost-effectiveness of control measures. The general conclusion of this work is that the proposed methodology has proven to be practicable, useful and efficient. O meio-ambiente é um sistema complexo onde interagem humanos, meio ecológico (e.g., plantas, animais, micróbios), materiais (e.g., poluentes, medicinais) e condições meteorológicas/oceanográficas. O impacto humano tem potencial para causar danos significativos ao meio ecológico (e.g., potenciais vazamentos de petróleo na costa causam risco ao ecossistema costeiro, pesca industrial de atum causa risco aos tubarões que são pescados por acidente). Similarmente, o impacto humano pode se voltar contra o próprio humano ao favorecer o crescimento de populações de espécies indesejáveis (e.g., saneamento básico precário favorece o crescimento de populações de micróbios que causam risco de haver uma excessiva parcela de humanos doentes). Portanto, tem sido demandado um método eficiente de quantificar os riscos inerentes a sistemas onde populações de plantas, animais ou micróbios estejam envolvidas, de forma a dar suporte para o gerenciamento dos riscos em problemas de gestão ambiental, gestão pesqueira e saúde pública. Em primeiro lugar, este trabalho propõe uma metodologia capaz de quantificar riscos ecológicos (i.e., probabilidade de ocorrência de efeitos adversos no ecossistema, no longo prazo, devido à exposição a estressores como químicos, pesca, entre outros) ou microbianos (i.e., probabilidade de ocorrência de efeitos adversos em humanos, no longo prazo, devido à exposição a patógenos microbianos). Utilizase a modelagem populacional para simular futuras mudanças nas populações de espécies ecologicamente importantes (e.g., peixes, corais), ou indesejáveis (e.g., parasitas), quando condicionadas a cenários que simulam a influência do humano causando impacto e/ou gerindo os riscos. O risco é calculado em termos de probabilidade de extinção ou declínio, explosão ou crescimento, dessas populações ao longo do tempo. Em segundo lugar, aplica-se a metodologia para avaliar o risco inerente a quatro estudos de caso no Brasil. Cada um deles tem sua conclusão específica, como segue. (1) Análise de Risco Ecológico causado por potenciais acidentes marítimos no transporte de petróleo para o porto de Suape. Conclusão: baixo risco ecológico, porém significativo. (2) Análise de Risco Ecológico causado por potenciais acidentes marítimos na passagem de navios petroleiros ao largo de Fernando de Noronha. Conclusão: risco ecológico negligenciável, mas uma análise mais detalhada é necessária devido à escassez de dados. (3) Análise de Risco Microbiano à comunidade de Porto de Galinhas inerentes ao sistema de saneamento básico e programa de tratamento medicinal. Conclusão: alto risco microbiano, o nível de saneamento básico atual não é suficiente para conter a proliferação da doença esquistossomose, e o tratamento periódico de doentes não é eficiente para reduzir os riscos significativamente. (4) Análise de Risco Ecológico causado pela pesca industrial de atum em águas brasileiras. Conclusão: a pesca industrial de atuns não causa riscos significativos à população de tubarões Mako no oceano Atlântico Sul. Em cada estudo de caso, foram simulados diversos cenários condicionais para os próximos 100 anos, incluindo cenários adversos e cenários com medidas de controle dos riscos. Assim, foi possível quantificar a adição do risco causada por cada cenário adverso e a redução do risco causada por cada medida de controle. Desta forma, o gestor tem informação objetiva para priorizar cenários e avaliar o custo-benefício das medidas de controle. A principal conclusão deste trabalho é que a metodologia proposta provou-se ser praticável, útil e eficiente.

Planktonic models represent a powerful tool for creating hypotheses and making predictions about the functioning of marine ecosystems. Their complexity varies according to the number of state variables and the choice of functional forms. We evaluated plankton models during the last 15 years (n =145) with the aims of understanding why they differ in complexity, evaluating model robustness, and describing studies of plankton modelling around the globe. We classified models into four groups: Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton (NPZ), Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus (NPZD), Size-Structured (SS) and Plankton-Functional-Type (PFT). Our results revealed that the number of state variables varied according to the question being addressed: NPZ models were more frequently applied in physical-biological studies, while PFT models were more applied for investigating biogeochemical cycles. Most models were based on simple functional forms which neglect important feedback related to control of plankton dynamics. Modelling studies sometimes failed to describe sensitivity analysis, calibration and validation. The importance of testing different functional forms was commonly overlooked, and the lack of empirical data affected the verification of model robustness. Lastly, we highlight the need to develop modelling studies in the Southern Hemisphere, including Brazil, in order to provide predictions that assist the management of marine ecosystems. RESUMO Os modelos planctônicos compreendem uma ferramenta valiosa para criar hipóteses e realizar predições quanto ao funcionamento dos ecossistemas marinhos. A complexidade destes modelos varia de acordo com o número de variáveis de estado e com a escolha de formas funcionais utilizadas. Nós avaliamos os modelos planctônicos durante os últimos 15 anos (n = 145) a fim de compreender porque eles variam em complexidade, avaliando a robustez dos modelos e descrevendo os estudos de modelagem do plâncton ao redor do globo. Nós classificamos os modelos em quatro grupos: Nutriente-Fitoplâncton-Zooplâncton (NPZ), Nutriente-Fitoplâncton-Zooplâncton-Detritos (NPZD), Estruturado pelo tamanho (SS) e Tipo Funcional Planctônico (PFT). Nossos resultados revelaram que o número de variáveis de estado variou de acordo com a pergunta do modelo; modelos NPZ foram mais frequentemente aplicados em estudos físico-biológicos enquanto que modelos PFT foram os mais utilizados para investigar ciclos biogeoquímicos. A maioria dos modelos se baseou em formas funcionais simples que omitiram 'feedbacks' importantes relacionados à dinâmica de controle populacional do plâncton. Algumas vezes, estudos de modelagem falharam em descrever a análise de sensibilidade, calibração e validação. A importância de testar diferentes formas funcionais foi comumente negligenciada e a falta de dados empíricos influenciou a verificação da robustez dos modelos. Por último, nós destacamos a necessidade de desenvolver estudos de modelagem no Hemisfério Sul, incluindo o Brasil, para promover predições que assistam no manejo dos ecossistemas marinhos.

The sediments resuspension process is of fundamental importance for the shallow water ecosystems. The resuspension leads to increased turbidity and increased vertical nutrient flows by changing the dynamics of the food chain of this water body and often favoring the maintenance of eutrophic states. This study evaluated the behavior of the suspended solids concentration in Lake Mangueira through the use of a mathematical model that represents the sediments resuspension rates in different episodes of measured winds. A formulation that considers the applied shear stress and the physical characteristics of sediments was implemented in the ecological model IPH-ECO. The suspended solids dynamics was well represented in the simulated results. In comparing the concentrations measured with the simulated results the medians were well represented. In the analysis of spatial distributions, the resuspension rates were predominantly more intense in the western portion of the lagoon, due to the predominance of eastern winds that affect this region. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O processo de ressuspensão de sedimentos é de fundamental importância para os ecossistemas aquáticos rasos. A ressuspensão leva ao aumento de turbidez e ao aumento dos fluxos verticais de nutrientes, alterando a dinâmica da cadeia trófica deste corpo d’água e muitas vezes favorecendo a manutenção de uma condição de eutrofização. Este estudo avaliou o comportamento da concentração de sólidos em suspensão na Lagoa Mangueira (RS) através do uso de modelo matemático que representa os fluxos de ressuspensão desses sedimentos em diferentes episódios de ventos medidos na Lagoa. Uma formulação de ressuspensão que considera as tensões cisalhantes aplicadas e as características físicas dos sedimentos foi implementada no modelo ecológico IPH-ECO. A dinâmica dos sólidos em suspensão da Lagoa foi bem representada nos resultados simulados. Na comparação das concentrações medidas com os resultados simulados as medianas foram bem representadas. Na análise das distribuições espaciais, os fluxos de ressuspensão foram predominantemente mais intensos na porção oeste da lagoa, devido à predominância de ventos que incidem nesta região.

We carried out a six-year study aimed at evaluating if and how a Brazilian Atlantic Forest small mammal community responded to the presence of the invasive exotic species Artocarpus heterophyllus, the jackfruit tree. In the surroundings of Vila Dois Rios, Ilha Grande, RJ, 18 grids were established, 10 where the jackfruit tree was present and eight were it was absent. Previous results indicated that the composition and abundance of this small mammal community were altered by the presence and density of A. heterophyllus. One observed effect was the increased population size of the spiny-rat Trinomys dimidiatus within the grids where the jackfruit trees were present. Therefore we decided to create a mathematical model for this species, based on the Verhulst-Pearl logistic equation. Our objectives were i) to calculate the carrying capacity K based on real data of the involved species and the environment; ii) propose and evaluate a mathematical model to estimate the population size of T. dimidiatus based on the monthly seed production of jackfruit tree, Artocarpus heterophyllus and iii) determinate the minimum jackfruit tree seed production to maintain at least two T. dimidiatus individuals in one study grid. Our results indicated that the predicted values by the model for the carrying capacity K were significantly correlated with real data. The best fit was found considering 20~35% energy transfer efficiency between trophic levels. Within the scope of assumed premises, our model showed itself to be an adequate simulator for Trinomys dimidiatus populations where the invasive jackfruit tree is present. Realizamos um estudo de seis anos para avaliar se e como uma comunidade de pequenos mamíferos terrestres da Mata Atlântica respondia à presença da jaqueira Artocarpus heterophyllus, espécie possivelmente nativa da Índia. Nos arredores da Vila Dois Rios, Ilha Grande, RJ, nós estabelecemos 18 grades de estudo, sendo 10 com jaqueiras e oito sem jaqueiras. Resultados prévios indicaram que a composição e a abundância dessa comunidade de pequenos mamíferos foram alteradas pela presença e densidade de A. heterophyllus. Um dos efeitos observados foi o aumento das populações do rato-de-espinho Trinomys dimidiatus nas grades onde a jaqueira estava presente. Criamos um modelo matemático para prever a capacidade de suporte dessa espécie, baseado na equação logística de Verhulst-Pearl. Nossos objetivos foram i) calcular a capacidade de suporte K com base em dados reais coletados tanto para T. dimidiatus quanto de seu ambiente; ii) propor e avaliar um modelo matemático para estimar o tamanho populacional de T. dimidiatu baseado na produção mensal de sementes de jaqueira e iii) determinar a produção mínima de sementes de jaqueira necessária para manter pelo menos dois indivíduos de T. dimidiatus. Nossos resultados indicaram que os valores previstos para K gerados pelo modelo foram significativamente correlacionados com os dados reais coletados. O melhor ajuste foi obtido considerando uma eficiência de transferência de energia entre níveis tróficos entre 20 e 35%. Dentro do escopo das premissas assumidas, nosso modelo se mostrou um simulador adequado para populações de T. dimidiatus em áreas onde a jaqueira já tenha invadido.

A variação do tempo de residência e o fluxo contínuo de água da bacia hidrográfica em direção à barragem fazem dos reservatórios um sistema de transição entre rios e lagos com características físicas, químicas e biológicas particulares que influenciam a sua hidrodinâmica e o seu metabolismo. O estudo do metabolismo em ecossistemas aquáticos subtropicais, particularmente em reservatórios, e sua relação com a bacia hidrográfica tem sido pouco explorado nos trabalhos que utilizam a modelagem matemática como ferramenta de análise. O presente estudo teve como objetivo quantificar e analisar a variabilidade temporal do metabolismo em um reservatório subtropical de altitude localizado na cidade de Caxias do Sul/RS e sua relação com as contribuições da bacia hidrográfica em termos de vazão e nutrientes. Para tanto, foi aplicado o modelo ecológico baseado em processos IPH-ECO, em conjunto com o modelo hidrológico IPH-II. Após o ajuste dos níveis e a calibração do módulo de qualidade de água do IPH-ECO, foi determinada a variabilidade temporal das taxas metabólicas de produção primária (GPP) e respiração (R) no período de nov/2011 a dez/2012, que, comparado a outros períodos, foi marcado por uma estiagem anormal e um consequente aumento do tempo de residência do reservatório. Foi analisado o comportamento temporal das seguintes variáveis: nível d’água, temperatura, oxigênio dissolvido, clorofila-a, nutrientes, GPP e R, juntamente com as condições de contorno do modelo como as características hidrológicas e de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica. O reservatório apresentou um metabolismo autotrófico 97% do período de simulação, tornando-se heterotrófico em alguns dias da primavera, quando ocorreu uma diminuição da concentração de clorofila-a e fósforo total e uma intensificação do processo de nitrificação. As variações temporais das taxas GPP e R acompanharam o crescimento do fitoplâncton, que esteve mais associado ao padrão de estratificação e ao tempo de residência do reservatório. Nos meses com chuva, o aumento do escoamento superficial da bacia hidrográfica provocou um maior aporte de fósforo no reservatório contribuindo para o aumento do fitoplâncton e, consequentemente, das taxas de GPP e R. A biomassa fitoplanctônica foi o principal fator responsável pelo estabelecimento do metabolismo autotrófico no reservatório o qual respondeu mais em relação à dinâmica interna do sistema que à bacia hidrográfica. Variation of residence time and continuous water inputs make reservoirs a transition aquatic system between lakes and rivers with physical, chemical and biological features that affect its hydrodynamics and metabolism. The study of aquatic metabolism in subtropical ecosystems, particularly in reservoirs, and its relation with the watershed has been poorly explored in researches that use mathematical models as a tool for analyzing this relation. This study aimed to quantify and analyse the temporal variability of metabolism in an altitude subtropical reservoir located in the city of Caxias do Sul/RS together with biotic and abiotic variables components of the reservoir, considering its relation with the physical features of the watershed. For this purpose, the process-based ecological model IPH-ECO was applied in the reservoir in combination with the hydrological model IPH-II. After the fit of simulated water levels to observation data and the calibration of IPH-ECO water quality module, the temporal variability of primary production (GPP) and respiration (R) was obtained in the period from nov/2011 to dez/2012, when, compared to other time periods, an unusual dry period occurred followed by an increase of reservoir residence time. The temporal pattern of the following variables was analysed: water levels, temperature, dissolved oxygen, chlorophyll-A, nutrients, GPP and R, along with the model boundary conditions, such as watershed land use and hydrology. The reservoir was net autotrophic during 97% of the simulation time period, becoming net heterotrophic for a few days in the spring due to the decreasing of chlorophyll-a and total phosphorus concentration and the strengthening of nitrification process in the reservoir. Temporal variations of GPP and R followed the phytoplankton growth which in turn had been driven by the stratification pattern and the residence time of reservoir. A watershed “fast-flush” was observed during storm events with higher rates of leaching of phosphorus, leading to an increase of chlorophyll-a concentration and thus GPP and R in the reservoir. It could be inferred that, during the simulation time period, the phytoplankton biomass in the reservoir was the main factor in maintaining the autotrophic metabolism which in most of the time was more affected by the internal dynamic of the system than by the physical aspects of watershed.

Understanding species linkages and energy transfer is a basic goal underlying any attempt at ecosystem analysis. Although the first food-web studies were based on gut contents of captured specimens, the assessment of stable isotopes, mainly δ13C and δ15N, has become a standard methodology for wide-range analyses in the last 30 years. Stable isotopes provide information on the trophic level of species, food-web length, and origin of organic matter ingested by consumers. In this study, we analyzed the ontogenetic variability of δ13C and δ15N obtained from samples of three Neotropical fish species: silver sardine (Lycengraulis grossidens, n=46), white lambari (Cyanocharax alburnus, n= 26), and the red-tail lambari (Astyanax fasciatus, n=23) in Pinguela Lagoon, southern Brazil. We developed a new metric, called the Weighted Isotopic Signature (φ 15N or φ 13C,‰), that incorporates ontogenetic variability, body growth, and natural mortality into a single number.

Studying patterns of distribution of organisms is relevant in ecology, biogeography and conservation studies under even to understand the evolution of biodiversity. Dimorphandra Schott. is a widespread neotropical genus with 25 taxa in Brazil, occurring in savanna (Cerrado) and ombrophylous vegetation (Amazonia and Atlantic Rain Forest). This work aims to understand the factor that drives the richness and diversity of Dimorphandra. We used SIG, ecological modeling and databank of SpeciesLink and bibliography. These data were classified within biogeographic provinces according to a biogeographically regionalization scheme and according to groups generated by a cluster analysis in the PC-ORD program and a Parsimony Analysis of Endemicity (PAE) by PAUP program. At the same time, ecological distribution models were formulated to the past, present and future based on algorithms (BIOCLIM and CCSM) using the softwares MAXENT and DIVA-GIS, referring to each group according to the UPGMA results. The richness and diversity centers were in the Amazon region. The species more widespread were D. mollis Benth. and D. gardneriana Tul., occurring in the Seasonal Tropical Dry Forests (STDFs) in the northeast-southeast direction. Three phytogeographic groups were determined by the cluster analysis: A) Amazon and its two subgroups: Broad Amazon and North of Negro River Basin; B) Ecotones Brazilian Savanna/Atlantic Forest; and C) Guyana Highlands. PAE analysis pointed two major clades with good support (>80% bootstrap). Some distribution patterns were determined: 1) Broad Amazon Pattern, 2) Restricted to northern Amazon Pattern, 3) Guyana Shield Pattern, 4) Ecotones Brazilian Savanna/Atlantic Forest Pattern and 5) Micro Endemic Minas Gerais’ Brazilian Savanna Pattern. Predictive modeling results demonstrated a trend on reduction of most potential occurrence areas, except in small regions in Guyana Highlands, which expanded in a future scenario. Finally, we can conclude that distribution of the genus through South America was known as well its richness and diversity centers, besides it has been checked a general trend on reduction of potential occurrence area of this genus in a future scenario except in high areas which are considered refugia. Estudar padrões de distribuição dos organismos é relevante na ecologia, biogeografia e biologia da conservação fornecendo subsídios para compreender a evolução da biodiversidade. Dimorphandra Schott é um gênero de distribuição neotropical com 25 espécies no Brasil, distribuídas tanto em formações savânicas (Cerrado) como ombrófilas (Floresta Amazônica e Atlântica). Este trabalho objetivou entender como está distribuída e quais os fatores ambientais estão associados à riqueza e a diversidade de Dimorphandra. Foram utilizadas ferramentas de Sistemas de Informação Geográfica, modelagem ecológica e dados de ocorrência obtidos da rede SpeciesLink, informações bibliográficas e visitas à herbários. Esses dados foram classificados dentro de províncias biogeográficas de acordo com um esquema de regionalização biogeográfica e com os grupos gerados por uma análise de agrupamento – UPGMA realizada no programa PC-ORD e uma análise parcimoniosa de endemicidade (PAE) feita por meio do programa PAUP. Paralelamente, modelos ecológicos de distribuição baseados em algoritmos (BIOCLIM e CCSM) foram formulados para opassado, presente e futuro em ambiente do MAXENT e DIVA-GIS. Ambos os centros de riqueza e diversidade foram a região amazônica. As espécies com mais ampla distribuição foram D. mollis Benth. e D. gardneriana Tul., ambas ocorrendo no corredor de formações vegetacionais abertas e secas no sentido nordeste-sudeste. Três blocos fitogeográficos foram determinados pela análise de agrupamento: A) Amazônia; B) Ecótono Cerrado/Floresta Atlântica; e C) Escudo das Guianas. A análise de PAE evidenciou dois grandes clados com suporte estatístico (bootstrap) acima de 80%. Foram estabelecidos os seguintes padrões de distribuição: 1) Amplo na Amazônia, 2) Restrito ao Norte da Amazônia (acima do Rio Negro), 3) Escudo das Guianas, 4) Ecótono Cerrado/Floresta Atlântica, e 5) Microendêmico aos Cerrados de Minas Gerais. Os resultados da modelagem preditiva demonstraram uma tendência de redução da maior parte da área de ocorrência potencial do gênero em um cenário futuro, com exceção de pequenas regiões no Escudo das Guianas, as quais teriam condições de expandir a distribuição das espécies. Como conclusões, conheceu-se a distribuição do gênero pela América do Sul, seus centros de riqueza e diversidade, no caso a região amazônica, além de ter sido verificada uma tendência geral na redução da área potencial de ocorrência do gênero no futuro e expansão em áreas de altas altitudes, consideradas refúgios.

In this study we attempted to access further information on the geographical distribution of the endangered lizard Liolaemus lutzae, estimating its potential distribution through the maximum entropy algorithm. For this purpose, we related its points of occurrence with matrices of environmental variables. After examining the correlation between environmental matrices, we selected 10 for model construction. The main variables influencing the current geographic distribution of L. lutzae were the diurnal temperature range and altitude. The species endemism seemed to be a consequence of a reduction of the original distribution area. Alternatively, the resulting model may reflect the geographic distribution of an ancestral lineage, since the model selected areas of occurrence of the two other species of Liolaemus from Brazil (L. arambarensis and L. occipitalis), all living in sand dune habitats and having psamophilic habits. Due to the high loss rate of habitat occupied by the species, the conservation and recovery of the remaining areas affected by human actions is essential. No presente estudo buscamos acessar informações adicionais acerca da distribuição geográfica do lagarto Liolaemus lutzae, estimando sua distribuição potencial através do algoritmo de máxima entropia. Para tanto, relacionamos os pontos de ocorrência da espécie com matrizes de variáveis ambientais. Após análise da correlação entre as matrizes ambientais, selecionamos 10 variáveis não correlacionadas para a construção do modelo. As principais variáveis que influenciam a distribuição geográfica atual de L. lutzae foram a amplitude média diurna de temperatura e a altitude. O endemismo atual da espécie parece ser consequência da redução da área de ocorrência original. Alternativamente, o modelo resultante pode refletir a distribuição geográfica de uma linhagem ancestral, devido à seleção das áreas de ocorrência das outras espécies de Liolaemus com registro no Brasil (L. arambarensis e L. occipitalis), todas vivendo em ambientes de dunas arenosas e possuindo hábitos psamófilos. Considerando a grande taxa de perda do habitat ocupado pela espécie, torna-se imprescindível a conservação dos remanescentes e a recuperação de áreas afetadas pelas ações humanas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2020-11-08T19:04:28Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mestrado Jose Mello.pdf: 5347422 bytes, checksum: 5139e9cdf4650e9930131085919b8739 (MD5) Made available in DSpace on 2020-11-08T19:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mestrado Jose Mello.pdf: 5347422 bytes, checksum: 5139e9cdf4650e9930131085919b8739 (MD5) Previous issue date: 2012-02-10 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Currently, the world is experiencing a severe loss of biodiversity as consequence of human activities. Of these, the introduction of exotic species is one of the most harmful. The jackfruit tree, Artocarpus heterophyllus, is considered an exotic species in Brazil, where it was introduced during colonial times. In the Brazilian Atlantic Rainforest, A. heterophyllus colonizes open canopy and edge areas, mostly associated with anthropic environments. In Ilha Grande it can be found in high densities as a result of the historical process of human occupation of the island. To better understand if and how the small mammalian fauna responded to the presence of A. heterophyllus, the Laboratory of Mammal Ecology of Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) has been developing a study in the course of the last six years in the surroundings of Vila Dois Rios, located in the oceanic front of Ilha Grande. Based on previous results, a second phase of the study was implemented in the same local. This second study aimed to evaluate the best control method for the jackfruit trees (Moura 2011). The present study is a direct continuation of both studies, its main objective being to accompany the responses of mammalian community in the period immediately after the treatment of the jackfruit trees. During the course of 18 months 18 grids were sampled in a bimonthly basis, 10 where the jackfruit trees were treated and 8 where jackfruit trees were absent. In each grid 11 live traps were opened, and the bait was banana. The captured mammals were ear-tagged and measured and their feces collected. The number of jackfruits was also counted in each area bimonthly. The feces were analyzed in laboratory and the found seeds identified. Our results indicate that the community structure is being less influenced by A. heterophyllus abundances after the control treatment. The only species that still presented a response to the presence of A. heterophyllus was the spiny rat Trinomys dimidiatus. Even so, although the density of T. dimidiatus was high, it was lower than the density found previously, being more similar to results obtained for congeneric species in less anthropized sites. By using complex network analysis we observed that, although T. dimidiatus is the most abundant species in the study area, the opossum Didelphis aurita seems to be the most important species in terms of seed dispersal. D. aurita was the species with most connections in all built networks for areas without jackfruit trees and with jackfruit trees before and after the treatment. Finally, based on the obtained results we created a mathematical model for T. dimidiatus population of the surroundings of Vila Dois Rios, based on the logistic growth equation. The results of the proposed model were statistically correlated with our actual data, and so may be considered an adequate simulator for this particular population. Atualmente observa-se uma expressiva perda de biodiversidade global resultante de atividades antrópicas, sendo a introdução de espécies exóticas uma das mais impactantes. A jaqueira Artocarpus heterophyllus é uma espécie exótica introduzida no Brasil durante o período colonial, sendo considerada invasora em diversas localidades. Na Mata Atlântica invade áreas de mata aberta e de borda, habitualmente associadas a ambientes antrópicos. Na Ilha Grande é encontrada em grande abundância em decorrência do histórico de ocupação humana. Para compreender como a mastofauna responde a presença da jaqueira, o Laboratório de Ecologia de Mamíferos da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) vem desenvolvendo um estudo ao longo de seis anos nos arredores da Vila Dois Rios, localizada na face oceânica da Ilha Grande. A partir dos resultados prévios iniciou-se uma segunda etapa do estudo no mesmo local que buscou avaliar diferentes métodos de controle das jaqueiras. O presente estudo é uma continuação direta desses dois trabalhos anteriores e teve como objetivo acompanhar as respostas da comunidade de pequenos mamíferos no período imediatamente posterior ao controle. Durante 18 meses foram amostradas bimestralmente 18 grades, 10 aonde foi efetuado o controle das jaqueiras e 8 aonde não foi constatada a presença desta árvore. Em cada grade foram colocadas 11 armadilhas de captura viva sendo banana a isca utilizada. Os mamíferos capturados foram medidos e suas fezes coletadas. A quantidade de jacas em cada área também foi anotada bimensalmente. As fezes foram analisadas em laboratório e as sementes encontradas identificadas. Os resultados obtidos indicam que a influência de A. heterophyllus sobre a estrutura da comunidade de pequenos mamíferos foi menor após o tratamento de controle. A única espécie que parece ainda responder a abundância de jaqueiras é o roedor Trinomys dimidiatus, que apresentou densidades mais elevadas nas áreas em tratamento, porém mais próximas a resultados obtidos para espécies congêneres em áreas pouco antropizadas. Utilizando uma abordagem de redes complexas observamos que, embora T. dimidiatus seja a espécie mais abundante em termos de número de indivíduos, o gambá Didelphis aurita parece ser a espécie de mamífero mais importante para dispersão de sementes nativas, aparecendo como espécie com maior número de conexões com espécies de sementes nas redes contruídas para as áreas sem jaqueiras e com jaqueiras antes e após o tratamento. Finalmente, a partir dos dados obtidos criamos um modelo matemático para a população de T. dimidiatus dos arredores da Vila Dois Rios, baseado em um crescimento logístico. Os resultados do modelo proposto se mostraram correlacionados com os dados de abundância reais, de modo que ele parece ser um simulador adequado da população local.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T14:09:55Z No. of bitstreams: 1 Luciana Fernandes Fonseca Rocha.pdf: 2686994 bytes, checksum: df078d1d1f5e46b799d27b026d64bf76 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T14:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciana Fernandes Fonseca Rocha.pdf: 2686994 bytes, checksum: df078d1d1f5e46b799d27b026d64bf76 (MD5) Previous issue date: 2011-03-17 Furnas Centrais Elétricas S.A. The ecology of reservoirs has assumed prominence in Brazil. This study explored the application of a tridimensional ecological modeling on phytoplankton dynamics, in Manso reservoir, simulating the temporal variation of phytoplankton community in two different scenarios of nutrient loading. CAEDYM was coupled to ELCOM, and the simulation was conducted in two stages: one hydrodynamic and other ecological. It was chosen for the simulation the period of five months, from Septemper 1th, 2005. Were constructed two scenarios: the first containing the actual values of nutrient loading of the main river measured in field, and the second with a reduction in nutrient load, simulating a possible replacement process to grazing areas from forested areas in the Manso River basin. The simulation showed rapid responses of phytoplankton to nutritional availability, and the results obtained corroborated with several theories about phytoplankton adaptive strategies and their dynamics. Among the simulated classes, Bacillariophyceae and Cryptophyceae were more sensitive to load reduction, while Chlorophyceae and Cyanophyceae suffered less from the impact, suggesting that they are more adapted to nutrient limitation. Rain positively influenced the growth rates of Bacillariophyceae only in Scenario 1, since the limitation of nutrients was more decisive for this class in Scenario 2. It was observed in both simulations a trend of replacing the dominance of Cyanophyceae with Chlorophyceae. A ecologia de reservatórios, que são ecossistemas complexos, dinâmicos e artificiais, vem assumindo destaque no Brasil. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da aplicação, no reservatório de APM-Manso, de um modelo ecológico tridimensional em estudos sobre a dinâmica fitoplanctônica, simulando a variação temporal do fitoplâncton para cenários distintos de carga de nutrientes. O modelo CAEDYM foi acoplado ao ELCOM e simulação foi realizada em duas etapas: uma hidrodinâmica e outra ecológica. Escolheu-se para as simulações o período de cinco meses, a partir de 1º de setembro de 2005. Foram construídos dois cenários de simulação, o primeiro contendo os valores reais de carga de nutrientes dos principais rios contribuintes medidos em campo, e o segundo com redução na carga nutricional destes rios, simulando um possível processo de substituição de áreas florestadas por áreas de pastagem na bacia do rio Manso. A comunidade fitoplanctônica simulada apresentou rápidas respostas à disponibilidade nutricional do ambiente, e os resultados obtidos corroboraram com diversas teorias sobre as estratégias adaptativas e sobre as dinâmicas algais. Dentre as classes simuladas, Bacillariophyceae e Cryptophyceae se mostraram mais sensíveis às reduções de carga, enquanto Chrolophyceae e Cyanophyceae, apesar de terem suas biomassas reduzidas, sofreram menos com o impacto, sugerindo estarem mais adaptadas à limitação de nutrientes. Os picos chuvosos influenciaram positivamente as taxas de crescimento das Bacillariophyceae apenas no Cenário 1, uma vez que a limitação por nutrientes foi mais decisiva para esta classe no Cenário 2. Observou-se em ambas as simulações uma tendência de substituição na dominância de Cyanophyceae por Chlorophyceae.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T14:09:52Z No. of bitstreams: 3 Rodrigo de Matos Rosa pt 1.pdf: 693953 bytes, checksum: 49d01eab3339b81a008b80f0ed2d64e3 (MD5) Rodrigo de Matos Rosa pt 2.pdf: 5062318 bytes, checksum: 445edccadb29bf6fcd95757b9ad11c25 (MD5) Rodrigo de Matos Rosa pt 3.pdf: 5514087 bytes, checksum: 05986efea1dc6bc2070a9ca539fe3c99 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T14:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Rodrigo de Matos Rosa pt 1.pdf: 693953 bytes, checksum: 49d01eab3339b81a008b80f0ed2d64e3 (MD5) Rodrigo de Matos Rosa pt 2.pdf: 5062318 bytes, checksum: 445edccadb29bf6fcd95757b9ad11c25 (MD5) Rodrigo de Matos Rosa pt 3.pdf: 5514087 bytes, checksum: 05986efea1dc6bc2070a9ca539fe3c99 (MD5) Previous issue date: 2010-03-29 The water managers are responsible for long-term management, regulation and protection of water resources. However, it is recognized that these managers should take into account the multiple uses of water resources that are made by interested parties such as farmers, water suppliers and environmental groups. Given the complexity of the hydrological system, the development and use of mathematical models are often necessary. In this context, environmental modeling is often performed to assess the impacts of ecosystem degradation due to human action. This type of application-oriented research provides an important means by which scientists can interact and influence policies at local, regional, national and international. In the Mato Grosso State during the implementation of the hydropower plant to multiple use, called APM-Manso, measures were taken to mitigate the socioeconomic impacts caused. These measures create a trend of increasing population coupled with a changing socioeconomic characteristics for the entire area surrounding the reservoir, which aggravates the problem of nutrient pollution and indicates that there is a need prominent studies of the impact that the excess nutrients causes in the ecosystem of the reservoir. Using the hydrodynamic and thermodynamic threedimensional model, ELCOM, associated with the biogeochemical model, Caedym, this work aims to create a model representative of the loads of the main nutrients that cause the cultural eutrophication, which are: ammonia (NH4), nitrate (NO3) and orthophosphate (PO4), in order to study the effects of spatial and temporal dynamics of these nutrients in the trophic state of the reservoir around the points of discharge of sewage and in its entirety. Os gestores de recursos hídricos estão encarregados da gestão de longo prazo, a regulação e a proteção dos recursos hídricos. No entanto, reconhece-se que a estes gestores devem levar em conta a multiplicidade de usos dos recursos hídricos que são apresentadas pelas partes interessadas, tais como agricultores, fornecedores de água e grupos de ambientalistas. Dada a complexidade do sistema hidrológico, o desenvolvimento e a utilização de modelos matemáticos são muitas das vezes necessários. Neste contexto a modelagem ambiental é frequentemente realizada para avaliar os impactos da degradação do ecossistema devido à ação humana. Essa aplicação orientada a investigações proporciona um importante meio pelo qual os cientistas podem interagir e influenciar nas políticas a nível local, regional, nacional e internacional. No Mato Grosso, durante a implantação da hidroelétrica de Aproveitamento Múltiplo de Manso foram adotadas medidas de mitigação dos impactos socioeconômicos causados. Essas medidas geram uma tendência de aumento populacional associado a uma mudança das características sócio-econômicas, para toda a região do entorno do Reservatório, o que agrava o problema de poluição por nutrientes e denota que existe uma necessidade proeminente de estudos do impacto que estas cargas causariam no ecossistema do reservatório. Utilizando o modelo hidrodinâmico e termodinâmico tridimensional ELCOM, associado ao modelo biogeoquímico Caedym, este trabalho tem a finalidade de criar uma modelagem representativa das cargas dos principais nutrientes causadores da eutrofização cultural, sendo eles: a amônia (NH4), o nitrato (NO3) e o Ortofosfato (PO4), com a finalidade de estudar os efeitos das dinâmicas espaciais e temporais destas cargas no estado trófico deste reservatório no em torno dos pontos de lançamento de esgoto e na sua totalidade.

Two trophic steady state models (second and third periods) were elaborated for the Segredo Reservoir and the Iratim River, using the Ecopath II software. Segredo Reservoir, the second of a cascade of four reservoirs in the Iguaçu River, was closed in 1992. Iratim River is the largest tributary of the Segredo Reservoir. The diagram flows of the Segredo Reservoir show two trophic groups of the fish (carcinófagos and malacófagos) that are not included in models of the Iratim River. Among other features of food webs, the summary of statistics showed that Segredo Reservoir is a system of intermediary development, which should be reaching a level of stability. Moreover, the Iratim River may be classified as relatively developed and mature system. The detritus (from the drowning of the vegetation) seem to key to the flow of energy in the reservoir trophic networks, in their first years after impoundment, supporting the trophic structure of the ecosystem. The detritus seems to exert similar function in the Iratim River. However, specific studies are needed on the autochthonous and allochthonous detritus. Future projects for the prediction of effects of management strategies for these areas altered by impoundment, should include simulations, requiring a series of static models for this purpose. These models should include the tributary connected to these dam areas. Nesse estudo de modelagem ecológica foram estabelecidos quatro modelos estáticos com o programa Ecopath II, incluindo o reservatório de Segredo e o rio Iratim montante no segundo e terceiro períodos após o represamento. O reservatório de Segredo, com as comportas fechadas em 1992 foi o segundo da série dos quatro grandes reservatórios do médio Iguaçu. O rio Iratim é o maior tributário lateral do reservatório de Segredo que mantém em seu trecho livre um bom estado de conservação. Os diagramas tróficos do reservatório apresentaram dois compartimentos de peixes (carcinófagos e malacófagos) que não estão incluídos nos modelos do rio Iratim montante. Dentre outras características das teias alimentares, o sumário das estatísticas mostrou que o reservatório de Segredo é um sistema de desenvolvimento intermediário, que deve estar atingindo seu grau de estabilidade. Por outro lado, o rio Iratim montante pode ser classificado como sistema relativamente desenvolvido ou maduro. O detrito (proveniente do afogamento da vegetação) parece exercer papel fundamental no fluxo de energia nas redes tróficas do reservatório, em seus primeiros anos após o represamento, suportando a estrutura trófica do ecossistema. Para o rio Iratim montante, o detrito parece exercer função análoga, porém, sendo necessários estudos específicos com o detrito autóctone e alóctone. Projetos futuros para a predição de efeitos de estratégias de manejo dessas áreas alteradas pelo represamento, devem incluir as simulações, sendo necessário uma série de modelos estáticos para esse fim. Esses modelos devem abranger os tributários conectados a essas áreas represadas. 88 f