Nitrato ou temperatura? Investigando a hipoxia na lagoa
Em uma lagoa próxima a uma lavoura, técnicos registram, em fevereiro, temperatura da água de 28 °C, pH 8,2, nitrato de 12 mg/L e oxigênio dissolvido de 3 mg/L. Nos meses anteriores, a lavoura recebeu fertilizante nitrogenado; após chuvas intensas, houve floração de algas e mortandade de peixes. Um estudante quer saber se a causa principal da queda de oxigênio é o nitrato ou a temperatura elevada. Ele tem acesso a sensores de oxigênio, frascos de vidro transparente, água da lagoa, soluções de nitrato, uma estufa com controle de temperatura e uma lâmpada de crescimento. Não pode usar peixes nem substâncias tóxicas. Precisa montar um experimento de 10 dias com triplicatas.
1. Descreva um delineamento experimental que permita distinguir o efeito do nitrato do efeito da temperatura sobre o oxigênio dissolvido. Indique variáveis, controles e triplicatas.
Read the worked answer
Delineamento fatorial 2×2: quatro tratamentos, cada um em triplicata: (1) controle: água da lagoa, 28 °C, nitrato ambiente; (2) alto nitrato: 28 °C, nitrato elevado; (3) alta temperatura: 32 °C, nitrato ambiente; (4) alta temperatura + alto nitrato: 32 °C, nitrato elevado. Usar frascos transparentes iguais, mesmo volume de água, mesma luz e mesmo tempo (10 dias). Medir oxigênio dissolvido diariamente com sensor. Variáveis independentes: temperatura e nitrato. Dependente: oxigênio dissolvido. Controles: volume, luz, comunidade microbiana inicial, ausência de peixes. As triplicatas permitem estimar variabilidade. Comparar o efeito isolado de cada fator e a interação; se só a temperatura reduzir O2 nos frascos sem nitrato, ela é principal; se o nitrato agravar em ambas as temperaturas, há efeito próprio.
2. Explique, do ponto de vista químico e biológico, como o nitrato pode levar à queda de oxigênio mesmo sem matar peixes diretamente.
Read the worked answer
O nitrato é nutriente para algas e cianobactérias. Com luz, ele estimula crescimento excessivo (eutrofização). Quando essas algas morrem, bactérias decompositoras consomem matéria orgânica e usam oxigênio na respiração aeróbica, reduzindo o O2 dissolvido. À noite, as próprias algas respiram e consomem O2 sem produzir pela fotossíntese. Quimicamente, a decomposição oxida carbono orgânico a CO2 e consome O2; a nitrificação também pode consumir oxigênio. Assim, o nitrato não é tóxico direto aos peixes, mas altera o ciclo biológico e químico da lagoa, levando à hipoxia. A mortandade pode ocorrer por falta de O2, não por envenenamento.
3. Se a temperatura subir de 28 °C para 32 °C e o nitrato permanecer em 12 mg/L, preveja qual combinação de efeitos tende a agravar a hipoxia. Justifique usando solubilidade de gases e metabolismo.
Read the worked answer
A hipoxia tende a se agravar pela combinação de dois efeitos. Físico: a solubilidade do oxigênio na água diminui com o aumento da temperatura; a 32 °C a água retém menos O2 que a 28 °C. Biológico: o metabolismo de algas, bactérias e outros organismos aumenta com o calor, elevando a respiração e o consumo de O2; a decomposição também acelera. Com nitrato alto, a produção de biomassa algal continua, e a decomposição posterior consome mais oxigênio. Assim, a alta temperatura reduz a oferta e aumenta a demanda; o nitrato mantém a demanda biológica. O resultado provável é hipoxia mais intensa e por mais tempo, especialmente à noite e no fundo.