Eco-engenharia em área portuária e suas implicações na bioincrustação e na prevenção dos processos de bioinvasão

Abstract

MARINHA DO BRASIL INSTITUTO DE ESTUDOS DO MAR ALMIRANTE PAULO MOREIRA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE PROGRAMA ASSOCIADO DE PÓS - GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA MARINHA LAIS PEREIRA D' OLIVEIRA NAVAL XAVIER E CO - ENGENHARIA EM ÁREA PORTUÁRIA E SUAS IMPLICAÇÕES NA BIOINCRUSTAÇÃO E NA PREVENÇÃO DOS PROCESSOS DE BIOINVASÃO. ARRAIAL DO CABO 2018 MARINHA DO BRASIL INSTITUTO DE ESTUDOS DO MAR ALMIRANTE PAULO MOREIRA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE PROGRAMA ASSOCIADO DE PÓS - GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA MARINHA LAIS PEREIRA D' OLIVEIRA NAVAL XAVIER E CO - ENGENHARIA EM ÁREA PORTUÁRIA E SUAS IMPLICAÇÕES NA BIOINCRUSTAÇÃO E NA PREVENÇÃO DOS PROCESSOS DE BIOINVASÃO. Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira e à Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia Marinha. Orientador: Dr. Ricardo Cout inho Coorientadora: Dra. Luciana V.R. de Messano ARRAIAL DO CABO 2018 LAIS PEREIRA D' OLIVEIRA NAVAL XAVIER E CO - ENGENHARIA EM ÁREA PORTUÁRIA E SUAS IMPLICAÇÕES NA BIOINCRUSTAÇÃO E NA PREVENÇÃO DOS PROCESSOS DE BIOINVASÃO. Dissertação apresentada ao Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira e à Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Biotecnologia Marinha. COMISSÃO JULGADORA: ___________________________________________________________________ Dr. Ricardo Coutinho Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira Professor orientador - Presidente da Banca Examinadora ___________________________________________________________________ Dr. Bernardo Antonio Perez da Gama Universidade Federal Fluminense ___________________________________________________________________ Dr. José Eduardo Arruda Gonçalves Universidade Estácio de Sá ___________________________________________________________________ Dr. Alexandre Dias Kassuga CAPES - Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira Suplente Arraial do Cabo , 27 de Fevereiro de 2018. Dedico essa dissertação à minha amada mãe Clemilda ( in memoriam ) , ao m eu pai Luiz e ao meu marido e companheiro Fabio. Obrigada pelo amor, carinho e compreensão ! AGRADECIMENTOS À Deus pela vida! Aos meus pais, Clemilda Simas ( in memoriam ) e Luiz Naval, por todo a mor, carinho, dedicação e apoio . Em especial à minha querida e amada mãe, que hoje enche o céu de alegria . Amo vocês! Ao meu marido e companheiro Fabio Contrera Xavier, pelo amor, paciência, amizade, dedicação e muito suporte. Te a mo! À minha família em especial meu primo Vinicius e minha tia Cleusa por toda ajuda durante as Disciplinas no Rio , aos meus irmãos Wa gner, Luciana e Débora pelo incentivo e apoio e aos meus sobrinhos que alegram meus dias. Amo vocês! Ao meu orientador Dr. Ricardo Coutinho pela oportunidade, apoio, carinho, confiança e ensinamentos. Muito obrigada pela dedicação e por nunca medir esforços para oferecer a s melhores condições para o grupo. À minh a co orientadora Dra. Luciana Messano pela incansável ajuda, atenção, carinho e amizade. Agradeço imensamente pela dedicação " full time ". Aos amigos da Divisão de Biotecnologia Marinha , sem exceção, pelo suport e na instalação do experimento e realização desse trabalho , em especial Héctor Fabian, Rafael Menezes e Lucas Paes pela constante ajuda durante os campos e ao Maurício pelo suporte no LAREMAR. Às secretárias mais lindas que conheço, Glauce e Tham iry s . Sempre atenciosas e dedicadas. Em especial, Glauce que topou buscar nada mais do que meia tonelada de estru tura de concreto no Rio de Janeiro . Obrigada Glau! Aos doutores Paula Spotorno e Frederico Tâmega pela s sugestões durante a escrita da dissertação. Aos amigos Luciana Altvater, Alexandre Kassuga , Sabrina Martinez, José Eduardo , Thiago, M árcio e Ellen pelo companheirismo a cada dia . Em especial Lu e Kassuga pelas sugestões durante a escrita da dissertação e ajuda com as análises dos dados . Ao Professor Dr. Jean Valentin pelas sugestões durante as análises estatísticas. À Dra. Maria Helena pelo apoio e também identi ficação do Biofilme. Aos taxonomistas Dra. Luciana Granthom, Dra . Paula Spotorno, Dra . Luciana Altvater, Dr. Júlio Césa r Monteiro, MSc . Nilce Gomes e MSc . Géssica Lima pelo suporte durante a identificação da comunidade macroincrustante. Aos alunos do Programa de Biotecnologia Marinha por todos os momentos durante as D isciplinas. Em especial à minha linda amiga Juliana Ferrari. Aos professores do Programa de Biotecnologia Marinha pela formação acadêmica. Em especial Dra. D aniela Sudatti pe la amizade, apoio e incentivo. Aos integrantes da Divisão de Química do IEAPM , Marcos, Da gles, Nina, Lucas e Laudemir pelas análises de nutrientes e clorofila. Ao Dr. Rogério Candella por ter fornecido os dados de maré. Ao Programa de Biotecnologia Mari nha do IEAPM/UFF por todo suporte durante a realização dessa pesquisa. Ao Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira pela estrutura concedida e auxílio junto ao Depósito Naval, para a liberação das estruturas na Alfândega. Ao World Harbour Project pelo fornecimento das estruturas experimentais e todo suporte. Ao Porto do Forno por autorizar a instalação das estruturas no quebra - mar. À Faperj pela bolsa concedida. À todos, OBRIGADA! RESUMO Grandes áreas costeiras foram modificadas pela construção de estruturas artificiais como píeres, quebra - mares e paredões. Essas estruturas causam impactos nos ecossistemas marinhos e a aplicação de técnicas de Eco - engenharia, em áreas como portos e marinas , pode minimizar a degradação causada por essas construções. Nesse contexto, em 2015, o Instituto de Ciências do Mar de Sydney (SIMS) iniciou o Projeto Mundial de Portos (WHP) com o objetivo de criar um programa global que vise a restauração de ecossistema s portuários ao redor do mundo. No Brasil, o projeto foi realizado em Arraial do Cabo, RJ - Brasil. O presente estudo tem como objetivo avaliar experimentalmente o efeito da complexidade do habitat na diversidade da comunidade incrustante e também na preve nção das bioinvasões marinhas, uma vez que é esperado que o aumento da diversidade nativa minimize o estabelecimento de espécies exóticas . Para a realização do experimento, placas experimentais, produzidas a partir de moldes confeccionados em impressoras 3 D pelo Laboratório de Desenhos Recifais (Melbourne, Austrália), foram distribuídas ao longo de duas áreas no entremarés do quebra - mar no Porto do Forno. Sete tratamentos foram incluídos no desenho experimental com cinco réplicas cada ( 4 experimentais e 3 c ontrole s ). Os tratamentos experimentais combinaram a complexidade do habitat em dois níveis topográficos (complexo com 2,5 cm de altura e complexo com 5 cm de altura) com o transplante ou não de bivalves nas estruturas. Para estimar a porcentagem de cobert ura da comunidade incrustante e calcular o índice de diversidade, as estruturas foram fotografada s, na maré baixa, ao longo de 13 meses (setembro/2016 a setembro/17). A porcentagem de cobertura da comunidade foi avaliada através de análises multivariada ( c luster, MDS). Por fim, para comparar o índice de diversidade de Shannon - Wiener por tratamento ao longo do tempo foi aplicado o teste ANOVA para medidas repetidas e o teste a posteriori de Tukey. Durante as primeiras 48 horas de exposição, os bivalves prese ntes nas estruturas experimentais foram predados. Assim, a complexidade acentuada pelos transplantes de bivalves não pôde mais ser um parâmetro a ser testado e, por isso esses tratamentos foram excluídos das análises de cobertura da comunidade incrustante. Nos demais tratamentos, foram registrados colonizando as estruturas, nos dois sites , os grupos: biofilme, algas filamentosas, algas calcáreas incrustantes, poliquetos serpulídeos, cracas, bivalves e ascídias. Com base na porcentagem de cobertura da comuni dade incrustante, as análises c luster e MDS evidenciaram a formação de dois grupos. O grupo 1 compreendeu amostras dos controle s e o grupo 2 compreendeu as amostras dos tratamentos com complexidade. Quanto ao índice de diversidade, os maiores valores foram obser vados nas estruturas complexas, quando comparadas aos controle s . Nossos resultados indicam que a utilização de técnicas de Eco - engenharia em áreas degradadas pode ser eficaz para aumentar a diversidade na região do entremáres. No entanto, a presença de espécies exóticas nas estruturas com complexidade indicou que o aumento da diversidade observado não foi suficiente para inibir a colonização por essas espécies. Assim, compreender a relação entre a complexidade e o aumento da diversidade, assim como o aumento da diversidade e o estabelecimento de espécies exóticas é de extrema importância para a elaboração de projetos futuros que visem a recuperação de ambientes costeiros urbanizados. Palavras - chave: Eco - engenharia, Complexidade do habitat, Biodiversida de e Bioinvasão. ABSTRACT Large coastal landscapes were modified by man - made structures such as piers, breakwaters, seawalls and vertical pillars. These structures cause impacts to marine ecosystems and the application of ecological engineering techniques, in specific areas such as ports and marines, might be an important tool to minimize degradation caused by these constructions. In this context, in 2015, the Sydney Institute of Marine Science (SIMS) initiated the World Harbour Project (WHP). The project aims to create global resea rch and management programs focused on restoration of ports and harbor areas worldwide . In Brazil, the experiment has been carried at Forno Harbor situated at Arraial do Cabo, RJ - Brazil. This study aims to evaluate the effects of habitat enhancement on f ouling community diversity and also on the prevention of marine bioinvasions, since it is expected that the increase on diversity of native species minimizes the establishment of non - indigenous species (NIS). In order to perform the experiment, experimenta l panels, produced from molds designed by Reef Design Lab (Melbourne, Australia) using 3D - printing, were randomly distributed at two sites along the intertidal zone o f the breakwater at Forno Harbo r. Seven treatments were included in the experimental desig n with five replicates each ( 4 experimental and 3 control s ). Experimental treatments combined habitat enhancement at two topographic levels ( complex with 2.5 cm height and complex with 5 cm height) with or without bivalve seeded on the structures. To estim ate the fouling community percent cover and to calculate the diversity index, the structures were photo graphed at low tide along 13 months (September/2016 to September/17). Photographs were analyzed using the CPCe software and fouling percent cover was eva luated using multivariate analysis (Cluster, MDS) . In order to compare Shannon - Wiener Diversity index by treatment over time, it was applied a repeated measures ANOVA and Tukey's post - hoc. During the first 48 hours of exposure, the bivalves from the experi mental structures were preyed . For that reason, the structural complexity enhanced by bivalves’ transplant could not be used anymore as a parameter and these data were not included in the results. Concernig the other treatments, we recorded, in both sites: biofilm, filamentous algae, encrusting coralline algae, serpulid tubeworms, barnacles, bivalves and ascidians . Based on fouling community percent cover, the cluster and MDS analysis showed the formation of two groups. The group 1 comprised samples of control s and the group 2 comprised samples of the complexity treatments. Regarding the diversity index, the highest values were observed in the complex structures, compared to the control s . Our findings indica te that topographic complexity increased local fouling diversity and that eco - engineering techniques in degraded areas may be effective in restoring intertidal fouling community. However, the presence of NIS on complex tiles indicated that habitat enhancem ent did not inhibit the colonization of exotic species. Hence, understanding the relationship between complexity and the increasing of diversity, as well as the establishment of NIS is essential for the elaboration of future projects aiming the restoration of urbanized environments.