Impacts of copper and metalaxyl-M on detritus foodwebs in streams

Dissertação de mestrado em EcologiaOs detritos vegetais são a principal fonte de nutrientes e energia em ribeiros florestados de baixa ordem. As cadeias alimentares dependentes de detritos desempenham um papel fundamental no ciclo dos nutrientes nos rios. Os microrganismos, particularmente os fungos, são os principais intervenientes no processo de decomposição e a sua actividade aumenta a palatabilidade dos detritos vegetais para os invertebrados detritívoros. Actualmente, a actividade antropogénica tem levado a um aumento dos agentes químicos de stress nos ecossistemas de água doce. Devido à actividade agrícola, os fungicidas podem entrar nos rios, quer através da pulverização directa das culturas ou, indirectamente, por lixiviação de áreas tratadas com fungicidas. Por outro lado, os metais podem entrar nos rios através de efluentes provenientes da actividade metalúrgica, mineira e agrícola. Os objectivos específicos deste estudo foram: 1) testar os efeitos do cobre e do fungicida metalaxil-M na actividade decompositora microbiana examinando a perda de massa foliar, a taxa de esporulação e a produção de biomassa pelos fungos aquáticos; 2) testar os efeitos do metal e do fungicida no consumo de folhada pelos invertebrados trituradores; 3) determinar os parâmetros de toxicidade para o cobre e para o metalaxil-M quando presentes isoladamente ou em misturas; e 4) avaliar as possíveis interacções entre os dois tóxicos. Para isso, foram realizadas duas experiências em microcosmos: 1) folhas colonizadas por uma comunidade natural de microrganismos foram expostas a um gradiente de concentrações de cloreto de cobre e de metalaxil-M, isoladamente e em mistura (gama de concentrações para ambos os tóxicos: 0,005 mg/L e 30 mg/L); 2) um invertebrado triturador (Allogamus sp.) foi exposto aos mesmos tóxicos, separadamente e em misturas (gama de concentrações para ambos os tóxicos: 0,005 mg/L e 10 mg/L). Os resultados mostraram que concentrações de cobre superiores ou iguais a 0,5 mg/L afectaram negativamente a decomposição foliar conduzida pelos microrganismos, e o valor de concentração estimado capaz de inibir em 50% (EC50) a decomposição foi de 3,14 mg/L. O metalaxil-M inibiu significativamente a decomposição a concentrações acima de 15 mg/L, e o valor de EC50 estimado foi de 12,08 mg/L. O cobre inibiu a taxa de produção de esporos pelos fungos aquáticos, uma vez que todas as concentrações de cobre iguais ou acima de 0,5 mg/L diferiram significativamente do controlo. O valor de EC50 de cobre para a taxa de esporulação foi de 4,47 mg/L. O metalaxil-M a concentrações iguais ou superiores a 0,1 mg/L inibiu significativamente as taxas de esporulação dos fungos e o valor de EC50 para este parâmetro foi de 3,54 mg/L. A biomassa dos fungos nas folhas em decomposição não foi afectada pelo fungicida mas foi inibida pelo cobre a concentrações iguais ou maiores que 10 mg/L e o valor de EC50 estimado foi de 7,98 mg/L. A taxa de consumo de folhada pelo invertebrado triturador não foi afectada pelo fungicida, mas a exposição à maior concentração de metal testada (10 mg/L) inibiu a taxa de consumo da folhada. Neste caso, o valor de EC50 estimado foi de 6,38 mg/L de cobre. O estudo das interacções dos tóxicos em misturas mostrou um desvio do modelo de referência de concentração adição. Para os parâmetros decomposição foliar e consumo de folhada pelo invertebrado o desvio ao modelo de referência que melhor se ajustou aos dados foi dependente da razão da dose, e sugeriu maior toxicidade para a mistura quando o cobre era o principal componente da mistura. Para a taxa de esporulação e para a produção de biomassa, os desvios ao modelo de concentração adição mostraram uma dependência do nível da dose, e sugeriram uma maior toxicidade da mistura quando as concentrações dos tóxicos estavam acima do valor de EC50.In low-order forested streams, plant litter is the main source of nutrients and energy. Plant litter decomposition plays a major role in nutrient cycles in streams. Microorganisms, particularly aquatic hyphomycetes, are significant drivers of plant litter decomposition and their activities enhance plant litter palatability for macroinvertebrate consumption. Nowadays, anthropogenic activity leads to an increase of stressors in river ecosystems. Due to agricultural activities, fungicides can enter freshwaters directly via spraying or, indirectly, via runoff from treated areas. Also, metals can enter into streams due to effluents of metallurgic, mining and agricultural activities. The specific aims of this study were: 1) to assess effects of copper and metalaxyl-M on fungal decomposer activity by examining leaf mass loss, sporulation rates and biomass production by aquatic fungi; 2) to test how leaf consumption by invertebrate shredders is affected by the presence of the fungicide and the metal; 3) to determine the toxicity of each toxicant alone or in mixtures; and 4) to assess putative interactions between copper and metalaxyl-M. For that, we carried out two microcosm assays: 1) stream-dwelling microbial communities were exposed to increasing concentrations of copper and metalaxil-M, alone and in mixtures (concentration range from 0.005 mg/L to 30 mg/L; for both toxicants); and 2) detritivore invertebrates (Allogamus sp.) were exposed to the same toxicants, alone and in mixtures (concentration range from 0.005 mg/L to 10 mg/L; for both toxicants). Our results showed that concentrations of copper ≥ 0.5 mg/L reduced leaf mass loss driven by microorganisms, and the estimated concentration able to induce a reduction in 50% (EC50) of leaf mass loss was 3.14 mg/L. The fungicide reduced leaf mass loss at concentrations ≥ 15 mg/L, and the estimated EC50 was 12.08 mg/L. Copper inhibited fungal sporulation rates at concentrations ≥ 0.5 mg/L, and the value of EC50 for this parameter was 4.47 mg/L. The exposure to metalaxyl-M reduced fungal sporulation at concentrations ≥ 0.1 mg/L, and the value of EC50 for this parameter was 3.54 mg/L. Copper had negative effects on fungal biomass, which was inhibited at copper concentrations ≥ 10 mg/L, and the concentration of copper corresponding to EC50 for fungal biomass was 7.98 mg/L. Leaf consumption by the invertebrate detritivore was inhibited by exposure to the highest tested copper concentration (10 mg/L), with an EC50 of 6.38 mg/L. However, the fungicide did not affect the feeding behavior of the invertebrate. The study of mixture toxicity showed a deviation from the concentration addition model, i.e. the observed toxicity in mixtures differed from that expected based on the sum of individual toxicity effects. For leaf mass loss driven by microbes and for leaf consumption driven by invertebrates, toxicity effects were dependent on the dose-ratio; data suggested synergistic effects in mixtures when copper was the main toxicant in the mixture. For the sporulation rate and fungal biomass production, deviations from the reference model were dependent on the dose-level, and pointed to synergistic effects in mixtures when toxicants were present at concentrations above the EC50 value