NOTA: Antes da amostragem, determine o grau de replicações com base nas necessidades gerais do projeto, no desenho estatístico ou na quantidade esperada de variabilidade da amostra. Cinco pares replicados de frascos de incubação clara e escura são sugeridos para análise estatística precisa e para explicar a potencial perda ou quebra da amostra. A barcaça experimental flutuante descrita é projetada para transportar cinco repetições mais um par de controles em branco; ver figura 1 para um desenho técnico da barcaça experimental.

Figura 1: Desenhos técnicos da barcaça experimental e do flutuador lateral. (A) Vista superior: a estrutura da barcaça consiste em quatro peças de perfil L de ângulo de alumínio (azul) que são unidas por quatro barras planas de alumínio (cinza). Os flutuadores XPS (rosa) são montados no quadro em dois pontos, cada um nas peças paralelas de alumínio. Correntes para garrafas de incubação são fixadas à estrutura em ambos os lados usando ganchos de encaixe em furos pré-perfurados (setas vermelhas) com 550 mm de separação entre eles. As correntes foram providas de ganchos de encaixe a distâncias de 1 m e 2 m para fixação do frasco de incubação (escolha a posição dos ganchos de encaixe de acordo com a profundidade experimental). A âncora de concreto é presa à proa da barcaça, onde uma saliência de 25 mm permite que dois furos pré-perfurados (pontas de flechas amarelas) sirvam como um ponto de fixação para a corrente da âncora e o navio de pesquisa. O quadro é montado ou desmontado facilmente através das juntas paralelas entre as quatro peças angulares de alumínio (pontas de seta verdes). (B) A vista lateral mostra as correntes suspensas com garrafas de incubação suspensas e âncora de concreto (quadrado marrom). (C) O flutuador XPS lateral: Parallelaluminum ângulo L peças (azul) são unidas por barras planas verticais de alumínio (cinza). Abaixo da seção da barra transversal, o flutuador XPS (rosa) é montado com os tamanhos de furo necessários indicados (4 mm). As correntes suspensas são presas com ganchos de encaixe em orifícios de 8 mm (ponta de seta vermelha). Na proa da barcaça, dois furos de 8 mm são perfurados no alumínio suspenso, um para prender a âncora à barcaça (ponta de flecha amarela) e outro para ancorar o navio de pesquisa à barcaça (azul). Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1. Construção da barcaça experimental
NOTA: A barcaça flutuante consiste em duas seções iguais montadas juntas, permitindo fácil montagem/desmontagem. Todas as peças usadas podem ser compradas em qualquer mercado de hobby ou loja que venda materiais de construção.
- Primeiro, monte a estrutura da barcaça unindo quatro peças de perfil L angulares de alumínio (40 mm x 40 mm x 3 mm; comprimento de 2.000 mm) usando quatro barras planas de alumínio (40 mm x 3 mm x 350 mm), 16 parafusos (4 mm x 15 mm com porcas hexagonais) e 32 arruelas (4 mm x 10 mm).
NOTA: A distância e a posição das barras planas são mostradas no desenho técnico da Figura 1A. A fixação detalhada dos flutuadores às barras planas laterais é mostrada na Figura 1B.
- Para unir as duas seções iguais do quadro, use quatro parafusos de 4 mm x 15 mm com porcas de asa e oito arruelas de 4 mm x 10 mm para parafusar os perfis L angulares de alumínio nas extremidades (Figura 1A, setas verdes).
- Use cinco peças de material de poliestireno extrudado (XPS) (500 mm x 200 mm x 150 mm), dez parafusos de 10 mm x 170 mm com porcas hexagonais e vinte arruelas de 10 mm x 50 mm para preparar cinco flutuadores de poliestireno extrudado (500 mm x 200 mm x 150 mm cada). Fixe os flutuadores ao quadro em cinco pontos mostrados no desenho técnico (Figura 1A).
- Faça furos no quadro (consulte as setas vermelhas na Figura 1A marcando as posições e distâncias dos furos para as correntes). Fixar as correntes de aço de 12 m (diâmetro do fio de 3 mm, elo interno de 5,5 mm x 26 mm) para os frascos de incubação aos orifícios no quadro usando ganchos de carabina de aço (50 mm x 5 mm). Fornecer a cada corrente pares de ganchos de encaixe (50 mm x 5 mm) para instalar os frascos de incubação na profundidade desejada de acordo com o projeto experimental. Neste caso, eles estavam sentados a 1 m e 2 m de profundidade.
- Para a âncora, encha a caçamba de 15 L com concreto. Insira um parafuso ocular no concreto e deixe-o secar sem ser perturbado. Prenda a corrente de aço de 5 m ao gancho. Prenda a âncora ao orifício pré-perfurado na proa da barcaça (marcado por setas amarelas na Figura 1A,B).
NOTA: Os desenhos técnicos com a descrição da montagem são mostrados na Figura 1A-C. A Figura 2 mostra a foto da barcaça experimental montada. A Figura 3 mostra a fixação dos frascos de incubação à cadeia.

Figura 2: Barcaça experimental montada. Fotografia da barcaça experimental montada. As pontas de seta vermelhas mostram os orifícios para a fixação de correntes com garrafas de incubação. As pontas de seta verdes apontam para onde as duas metades do flutuador estão unidas. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Garrafas de incubação. Foto de dois pares de garrafas de incubação escuras e claras penduradas a uma profundidade de 1 m. Um par de frascos contém a amostra de tapetes microbianos intactos ainda crescendo na pedra (ponta de seta vermelha). A segunda é a garrafa em branco com a água do lago da respectiva profundidade. Uma ponta de seta amarela aponta para o ponto do sensor de oxigênio anexado à parede interna da garrafa de incubação. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Instalação em campo
- O uso de um caiaque inflável é sugerido para colocação de barcaças e realização de experimentos, pois é facilmente transportável.
- Selecione um local com uma profundidade ideal para ancorar o flutuador. Escolha a profundidade para que as garrafas de incubação inferiores estejam pelo menos 2 m acima do fundo para evitar perturbar o sedimento na coluna de água ao redor das garrafas de incubação.
- Prenda a barcaça montada atrás da popa do barco. Abaixe cuidadosamente a âncora ao longo do lado do barco e alinhe-a de modo que ela fique ligeiramente abaixo da superfície da água, de modo que a flutuação possa ser facilmente rebocada junto com a âncora para o local com a profundidade necessária.
- Desamarre a âncora do barco, abaixe-a até o fundo e prenda a barcaça à corrente da âncora.
- Prenda as correntes para prender as garrafas de incubação à barcaça.
3. Preparação do frasco de incubação
- Use as garrafas transparentes de 0,5 L de gargalo largo com vedações à prova de gás.
NOTA: É possível ajustar o tamanho das garrafas, mas lembre-se de aumentar a flutuação da barcaça com mais folhas de poliestireno também. A barcaça descrita aqui pode transportar de forma confiável 24 garrafas de vidro de 0,5 L.
- Fixe os pontos do sensor óptico de oxigênio na parede interna de cada garrafa.
- Adicione uma camada opaca aos frascos de tratamento escuros, envolvendo-os com fita adesiva preta.
- Corte um pequeno orifício no local com o sensor óptico. Para evitar que a luz entre na garrafa, faça o orifício um pouco menor do que o diâmetro do sensor.
NOTA: Qualquer camada opaca que impeça a entrada de luz na garrafa também funcionará. A vantagem da fita elétrica preta é que ela resiste à abrasão e não descasca na água.
4. Recolha e manuseamento de amostras
NOTA: Os mergulhadores realizam a coleta manual de amostras em águas mais profundas. Em águas rasas, pode ser feito por snorkeling ou vadiagem.
- Coloque os frascos de incubação na caixa portátil.
- Mergulhe com a caixa até a respectiva profundidade. Evite perturbar os sedimentos na água circundante.
- Encha cuidadosamente os frascos de incubação com as amostras. Tente perturbar a biomassa da amostra o mínimo possível, por exemplo, usando pinças longas. Se os tapetes microbianos crescerem em uma superfície sólida, como uma pequena pedra, transfira cuidadosamente toda a pedra com biomassa intacta para a garrafa.
NOTA: Evite coletar pedras grandes quando os tapetes de amostragem crescerem em pedras - as garrafas de vidro podem ser quebradas durante a manipulação adicional.
- Encha um par de garrafas claras / escuras com água limpa das respectivas profundidades para servir como controles em branco.
NOTA: Os frascos sem a amostra de perifíton servem como um controlo que determina a produção/consumo de oxigénio dos organismos de água ambiente. Assegura que a produtividade primária líquida ou bruta calculada do perifíton é imparcial.
- Certifique-se de que a água em todas as garrafas de incubação esteja limpa e não contenha sedimentos perturbadores.
- Feche as garrafas e leve-as para o barco ancorado na barcaça flutuante.
5. Medir a produtividade primária
NOTA: A pessoa sentada no barco pega a caixa do mergulhador e executa as seguintes etapas.
- Prenda os dois primeiros pares de garrafas de incubação aos ganchos de encaixe na primeira corrente.
- Meça a concentração inicial de oxigênio em cada garrafa usando o medidor de oxigênio de fibra óptica. Ligue o cabo óptico do contador ao sensor de oxigénio montado no interior do frasco e leia imediatamente (dentro de alguns segundos) a concentração de O2 sem contacto (através da parede do frasco). Registre o valor medido.
NOTA: O tempo de manuseio é curto; desde levar as garrafas dos mergulhadores até a configuração inicial até a respectiva profundidade, leva apenas alguns minutos.
- Imediatamente depois, abaixe cuidadosamente a corrente com as garrafas presas de volta à água. Certifique-se de que as garrafas de incubação sejam colocadas na mesma profundidade que a biomassa que foi colocada nelas foi amostrada.
- Faça outra medição do navio após 1 h (ver NOTA abaixo). Puxe cuidadosamente cada corrente com as garrafas para o barco, leia o valor do oxigênio anexando o cabo óptico ao sensor e abaixe as amostras na água novamente.
NOTA: Ajustar o tempo entre as medições individuais durante a incubação de acordo com a intensidade da produtividade/consumo de O2 das amostras para evitar a sobresaturação dos frascos.
- Repita este procedimento pelo menos quatro ou cinco vezes com todos os pares de garrafas.
NOTA: Toda a configuração do experimento no campo é mostrada na Figura 4.

Figura 4: Esquema da configuração experimental em campo. Ilustração da barcaça experimental ancorada na superfície do lago. Os frascos de incubação (0,5 L) com biomassa de esteira microbiana são pendurados em duas profundidades diferentes (1 m e 2 m). Os mergulhadores coletaram amostras de tapetes microbianos diretamente nas garrafas de incubação nas profundidades apropriadas. A concentração de oxigênio em garrafas individuais é medida a partir do navio. As garrafas são retiradas da água. O valor da concentração de oxigênio é medido em poucos segundos conectando um cabo óptico ao sensor de oxigênio. As garrafas são então cuidadosamente abaixadas de volta para a água. Todo o procedimento de medição de dois pares de garrafas de incubação a partir de duas profundidades leva ~ 2 min. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
6. Análises de amostras
- Após o término das medições, retire as amostras diretamente das garrafas e transfira a biomassa do tapete microbiano para os pequenos frascos de plástico. Se as esteiras crescerem em substratos sólidos (por exemplo, pedras), esfregue-as com uma escova de dentes ou uma pequena faca.
- No laboratório, filtrar cada replicação através de filtros de fibra de vidro pré-pesados para determinar o peso seco9.
7. Análise dos dados
- Durante o período de incubação, meça a concentração de oxigênio nas garrafas claras e escuras e compare-a com a concentração de oxigênio na coluna de água quando as garrafas estiverem cheias.
NOTA: A mudança no oxigênio na garrafa de luz ao longo do tempo é o resultado combinado da produtividade bruta do ecossistema (GEP) e da respiração por todos os organismos na garrafa (autótrofos e heterótrofos da água ambiente e da comunidade perifítica). A diminuição do oxigênio na garrafa escura mede as perdas respiratórias de autótrofos e heterótrofos. A mudança na concentração de oxigênio no controle (ou seja, garrafas sem o perifíton) é apenas o produto de organismos heterotróficos ou autotróficos na água ambiente. A produtividade e a respiração do perifíton foram estimadas subtraindo-se a produtividade da água ambiente e a respiração medida em garrafas de incubação em branco.
- Observe a concentração de O2 em porcentagem de saturação de oxigênio (ou seja, calibre os sensores de oxigênio para 0% e 100% de saturação de oxigênio). Antes de estimar a produtividade primária, converta os dados brutos (
) em alguma unidade razoável.
NOTA: Neste estudo, os dados são convertidos em mmol de O2 por grama de matéria orgânica (MO) da massa de perifítons na base de peso seco, de acordo com Benson e Krause10.- Calcule a conversão usando a equação (1):
(1)
Onde Cp é Aconcentração de O 2 em água (mg (O 2) L-1) quando está totalmente saturada por O 2, VBottle é o volume da garrafa em mL, VStones é o volume ocupado pela pedra em mL, é o peso da massa de perifíton em g, e 32 é o peso molar de O 2.
- Calcule Cp usando a equação (2):
(2)
Onde Cs é a concentração padrão de O2, P é a pressão atmosférica na superfície do lago, Pw é a pressão parcial do vapor de água na superfície do lago e ω é a densidade da água.
- Calcular Cs, ω, P e Pw a partir de equações empíricas previamente definidas (3-6) quando a elevação do lago (h em km) e a temperatura da água na superfície do lago (t em °C) são conhecidas:
(3)
(4)
(5)
(6)
NOTA: A partir das equações (1-6), é evidente que a concentração de O2 calculada é mais precisa para profundidades rasas. À medida que a profundidade aumenta, a concentração calculada fica mais tendenciosa em termos de concentração absoluta. É ideal quando a taxa de mudança da concentração de oxigênio ao longo da profundidade é conhecida para cada lago, de modo que a concentração absoluta de O2 possa ser corrigida, se necessário. Uma vez que a concentração de O 2 é calculada, sua mudança ao longo do tempo pode ser usada para calcular dois fluxos diferentes de O2 em duas condições diferentes. Em condições de luz, a produtividade líquida do ecossistema (NEP) é diretamente proporcional à mudança na concentração de O2 ao longo do tempo (ver abaixo). O termo "ecossistema" é usado aqui para denotar que o perifíton é composto de organismos autotróficos e heterotróficos. No escuro, a mudança na concentração de O2 ao longo do tempo é proporcional à soma das perdas respiratórias de organismos autotróficos e heterotróficos, definindo assim a respiração do ecossistema (OD). A diferença entre NEP e RE define a produtividade bruta do ecossistema (GEP). Se as perdas respiratórias da parte heterotrófica da comunidade forem insignificantes, o GEP torna-se igual à produtividade bruta do ecossistema.
- Determinar a taxa de mudança da concentração de O2 ao longo do tempo por regressão polinomial de terceiro grau, como mostrado na equação (7).
(7)
Onde A 0 é Aconcentração de O 2 no tempo zero e A 1-A2 são coeficientes de regressão polinomial.
NOTA: A função polinomial é usada porque pode servir como uma aproximação de qualquer equação diferencial. Assim, não é necessário conhecer a relação funcional precisa entre a concentração de O2 e o tempo. Portanto, qualquer suposição associada à relação funcional (por exemplo, linearidade) não precisa ser controlada. Por definição, o segundo termo da regressão polinomial, A 1 define a taxa de variação da concentração de O 2 no tempo zero (ou seja, taxa instantânea), que é independente de A0 e, portanto, a concentração absoluta de O2 no tempo zero. Por essa razão, a estimativa do fluxo de O 2 não é afetada pelo viés nos cálculos absolutos de concentração de O2 causados pela mudança de pressão ao longo do gradiente de profundidade. A 1 tem unidades O2 (mmol g(OM)-1) por tempo (1 h neste estudo).- Calcular A1, calculado separadamente para garrafas com e sem exposição à luz e contendo biomassa microbiana (ou seja, V Stones > 0) e para garrafas de controle com e sem exposição à luz e contendo água livre (ou seja, V Stones = 0).
NOTA: Atribuindo essas diferentes notações
de coeficientes de regressão , , , e
, respectivamente, 
a equação (8) para o cálculo GEP de produtividade pode ser escrita como:
(8.1)
(8.2)
(8.3)
O termo define a produtividade líquida do ecossistema (Figura 5A; ou seja, produtividade líquida de oxigênio), e o termo
representa a soma da respiração autotrófica e heterotrófica (Figura 5B; RE, ou seja, assumindo que ambas as respirações são semelhantes sob condições escuras e claras).
- Subtraia R da NEP para obter GEP (Figura 5C).
NOTA: A equação (8) assume implicitamente que
e
são ambos positivos, e
são ambos negativos. Se
for positivo, verifique os dados brutos cuidadosamente para outliers. pode ser teoricamente negativo porque as perdas respiratórias causadas pela atividade heterotrófica podem ser maiores do que a atividade fotossintética. 