Produção primária - - Tópicos Tópicos Produção primária � Tipos de produtores e taxas de produção Tipos de produtores e taxas de produção � � Medição da produção primária Medição da produção primária � � Mecanismos Mecanismos – – Curvas PI e blooms Curvas PI e blooms � � Distribuições e tendências Distribuições e tendências � � Variabilidade e erros de determinação Variabilidade e erros de determinação � � Aquecimento global Aquecimento global � Light CO 2 + 2H 2 A CH 2 O + 2A + H 2 O Pigments
Tipos de produtores Tipos de produtores Produtor Nutrientes Exemplos Produtor Nutrientes Exemplos Fitoplâncton Fitoplâncton Coluna de água Coluna de água Diatomáceas Diatomáceas Microfitobentos Coluna de água Diatomáceas Microfitobentos Coluna de água Diatomáceas Macroalgas (algas macrófitas) Coluna de água Fucus Macroalgas (algas macrófitas) Coluna de água Fucus Vegetação de sapal Sedimento Spartina Vegetação de sapal Sedimento Spartina Angiospérmicas (“seagrasses”) Sedimento e/ou água Zostera Angiospérmicas (“seagrasses”) Sedimento e/ou água Zostera � Oceano aberto, águas costeiras e estuários Oceano aberto, águas costeiras e estuários � � Unicelulares Unicelulares � � Razão P/B elevada (>50) � Razão P/B elevada (>50) � Zonas pouco profundas (Z Zonas pouco profundas (Z f > Z) ou intertidais � f > Z) ou intertidais � Multicelulares Multicelulares � � Razão P/B baixa � Razão P/B baixa
Relevância à à escala escala do do ecossistema ecossistema II II Relevância Distribuição global de clorofila a a estimada a estimada a Distribuição global de clorofila partir de dados de satélite partir de dados de satélite (mg m -3 ) Clorofila a Dados do SEAWIFS, Verão no Hemisfério Norte (1998- -2001) 2001) Dados do SEAWIFS, Verão no Hemisfério Norte (1998 Prod. primária (fitoplâncton) 200-360 X 10 14 gC ano -1 (98.9%)
Diatoms Diatoms Phytoplankton Phytoplankton some examples some examples Dinoflagellates Coccoliths
Phytoplankton - - diatoms diatoms Phytoplankton Nitschia bicapitata Nitschia bicapitata µ m 5 µ m 5 Chavez et al et al ., 1991 ., 1991 - - Limnol Limnol. & . & Oceanog Oceanog. 36, p. 1816 . 36, p. 1816- -33 33 Chavez
SeaWifs image images s of of SeaWifs cocollith blooms blooms cocollith Cornwall, U.K. Cornwall, U.K. Tasmania Tasmania
Relevância para a gestão I Relevância para a gestão I “Bloom” de Noctiluca Noctiluca – – California, E.U.A. California, E.U.A. “Bloom” de Foto cortesia de P.J.S. Franks, WHOI
Cyanobacteria bloom – – Potomac estuary Potomac estuary Cyanobacteria bloom This dense bloom of cyanobacteria (blue-green algae) occurred in the Potomac River estuary downstream of Washington, D.C. Photo courtesy of W. Bennett USGS.
Relevância para a a gestão gestão III III Relevância para “Bloom” de macroalgas na macroalgas na Florida Florida “Bloom” de Em Florida Bay, este “bloom” de macroalgas colmatou as fanerogâmicas marinhas, provocando o desaparecimento desta vegetação. Foto cortesia de Brian Lapointe, Harbor Branch Oceanographic Institute.
Relevância para a a gestão gestão II II Relevância para Advecção de HAB (?) para a costa a partir de uma frente “offshore” PML Remote Sensing Group Cortesia Plymouth Marine Laboratory, UK http://pml.ac.uk/ Multi-sensor discrimination of harmful algal blooms, P. I. Miller, J. D. Shutler, G. F. Moore and S. B. Groom, Remote Sensing and Photogrammetry Society annual conference RSPSoc 2004 , 7-10 September 2004, Dundee U.K.
Kelp in Sanggou Bay, China Kelp in Sanggou Bay, China
2 ano Produtividade de de diferentes ecossistemas diferentes ecossistemas (kg C m (kg C m - -2 ano - -1 1 ) ) Produtividade 0 1 2 4 3 � Produtores marinhos Produtores marinhos � Corais Corais Laminarias Laminarias Plantas de de sapal sapal Plantas Posidonia Posidonia Mangal Mangal Microalgas bentónicas Microalgas bentónicas Fitoplâncton costeiro Fitoplâncton costeiro Fitoplâncton oceânico Fitoplâncton oceânico � Produtores Produtores de de água água � doce doce Macrófitas Macrófitas Fitoplâncton ( Fitoplâncton (eutrófico eutrófico) ) Fitoplâncton ( Fitoplâncton (oligotrófico oligotrófico) ) � Produtores terrestres Produtores terrestres � Floresta tropical tropical Floresta Floresta temperada Floresta temperada Pastagens Pastagens Pradarias Pradarias Desertos, tundra , tundra Desertos
Produtividade e biomassa média, taxa de renovação e clorofila em diferentes ecossistemas Produtividade Taxa de Área líquida Biomassa renovação Clorofila (gm -2 ano -1 ) (10 6 km 2 ) (kg m -2 ) (P/B, ano -1 ) (g m -2 ) Oceano aberto 332 125 0.003 42 0.03 Afloramento 0.4 500 0.02 25 0.3 Plataforma 27 300 0.001 300 0.2 Macrófitas/recifes 0.6 2500 2 1.3 2 Estuários 1.4 1500 1 1.5 1 • Total marinho 361 155 0.01 0.05 Ecossistemas 145 737 12 0.061 1.54 terrestres Pântanos 2 3000 15 0.2 3 Lagos e rios 2 400 0.02 20 0.2 • Total continental 149 782 12.2 0.064 1.5 Whittaker & Likens, 1975. The Biosphere and Man. Primary productivity of the biosphere. Springer-Verlag.
Medição da produção primária Medição da produção primária Produtor Medida Método Unidades µ g L -1 Fitoplâncton Biomassa Clorofila a (amostra filtrada) e microfitobentos Produção 14 C, O 2 (incubação) d -1 Macroalgas Biomassa Cropping gDW m -2 “Seagrasses” Produção O 2 (incubação), cropping gC m -2 d -1 Sapal Biomassa Cropping gDW m -2 Produção O 2 (incubação), cropping gC m -2 d -1 � Upscaling: SIG, modelação Upscaling: SIG, modelação �
Saltmarsh definition definition – – NDVI and bathymetry NDVI and bathymetry Saltmarsh NDVI = (Near_Infrared - Red) / (Near_Infrared + Red) Near_Infrared e Red são duas bandas da imagem de satélite. O NDVI situa-se entre -1 e 1. Os pigmentos absorvem grandes quantidades de energia no vermelho (R), e poucas no infravermelho próximo (NIR), ao contrário dos objectos inertes que absorvem todos os espectros da mesma forma.
Relação entre a a taxa taxa de de fotosíntese fotosíntese (P) e a (P) e a Relação entre intensidade luminosa (I) (I) intensidade luminosa P max dP dI (quantum yield) Initial slope PPL PPB 0 R I k I c I opt
Phytoplankton blooms and vertical mixing Phytoplankton blooms and vertical mixing Production and respiration 0 a e b Integrated production(GPP) NPP=0 Phytoplankton abcd production (m-3 day-1) Depth (z) Integrated Compensation depth respiration aefd Conditions for Phytoplankton blooming respiration (m-3 day-1) abcd > aefd Limit of mixed layer d c f Sverdrup, H.U., 1953. On conditions for the vernal blooming of phytoplankton. J. Cons. Perm. Int. Exp. Mer, 18: 287-295
Phytoplankton blooms in estuaries in estuaries Phytoplankton blooms Phytoplankton growth: P 0 = initial P t = P 0 e kt population, P t = population at time t Freshwater inflow Q (m3s-1) Tidal exchange with the ocean Phytoplankton flushing: P 0 = initial population, P m = population after m tidal cycles, r = exchange ratio (proportion of estuary water which does not return each tidal cycle) P m = P 0 (1-r) m Ketchum (1954) Relation between circulation and planktonic populations in estuaries. Ecology 35: 191-200
Phytoplankton blooms in estuaries in estuaries Phytoplankton blooms Flushing Growth Combining the two equations P t = P 0 e kt P m = P 0 (1-r) m (and expressing t in terms of m): P m = P 0 e mk (1-r) m k = -ln(1-r) For a steady-state population , P m = P 0 : 1 = mk e ( ) m − 1 r For phytoplankton to exist and potentially bloom in an estuary, growth must balance flushing, i.e. k > -ln(1-r)
Phytoplankton blooms in estuaries in estuaries Phytoplankton blooms 20 3.0 Multiplication of population each tidal cycle Required coefficient of reproduction Barnstable 10 Harbour 2.0 Population will increase 5 1.0 Alberni Inlet Population 2 will decrease Raritan Bay Raritan River Moriches Bay 0.5 1.0 0 Exchange ratio (r) Redrawn from Ketchum (1954)
CZCS derived sea- -surface pigments surface pigments CZCS derived sea Mediterranean Sea Mediterranean Sea 25 o E 30 o E 35 o E 5 o E 10 o E 15 o E 20 o E 5 o W 0 o 45 o N 45 o N 40 o N 40 o N 35 o N 35 o N 30 o N 30 o N 30 o E 35 o E 10 o E 15 o E 20 o E 25 o E 5 o W 0 o 5 o E 0.01 0.03 0.05 0.10 0.20 0.30 0.50 1.00 3.00 http://www.obs-vlfr.fr/
Chlorophyll a in the Tagus estuary Chlorophyll a in the Tagus estuary Surface values on a longitudinal section Surface values on a longitudinal section 90 Chlorophyll a ( µ g L -1 ) Hypereutrophic 80 70 60 50 40 High 30 20 Medium 10 Low 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Julian day Data from BarcaWin2000 - Stations #1.0, #2.0, #3.9, #4.0, #5.0 and #8.0 – 385 values
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