A conservação da biodiversidade frente às mudanças climáticas depende da identificação de mecanismos associados com a persistência das espécies no habitat original, a fim de prevenir impactos em níveis ecológicos mais elevados (i.e. comunidade, ecossistema). Na presente tese avaliou-se (I) a importância relativa de mudanças na dominância e ocupação das espécies para a reorganização de comunidades sob influência do aquecimento global (Capítulo 1); (II) a influência da heterogeneidade local na temperatura e salinidade sobre a vulnerabilidade térmica de Atherinella brasiliensis (Quoy & Gaimard, 1825), espécie de peixe residente em estuários tropicais (Capítulo 2); e (III) a relação entre o nicho térmico realizado de espécies não-nativas e sua área geográfica de introdução (Capítulo 3), além de outros fatores preditores da riqueza não-nativa. Uma meta-análise de estudos com série temporal igual ou superior a 20 anos foi realizada para avaliar padrões na beta-diversidade e perfil térmico da ictiofauna estuarina, a fim de atingir o 1º objetivo proposto (Capítulo 1). Para a realização do 2º capítulo, juvenis de A. brasiliensis capturados na Baía de Guanabara, RJ, foram aclimatados em diferentes condições de temperatura e salinidade, e expostos à uma rampa térmica de +1oC a cada 15 minutos, a fim de determinar sua tolerância máxima. Para atingir o 3º objetivo proposto, realizou-se uma seleção de modelo para detectar os principais fatores antropogênicos e ambientais associados com a riqueza de espécies não-nativas em estuários, que foi compilada a partir de uma revisão na literatura científica. A relação entre os limites térmicos das espécies não-nativas e a latitude do estuário invadido também foi investigada. Os resultados revelaram que mudanças na dominância das espécies residentes contribuíram majoritariamente para a tropicalização da ictiofauna em região temperada, contrariando expectativas de um papel primário da imigração. A persistência detectada para as espécies estuarinas pode estar associada à diversos mecanismos, incluindo a tolerância térmica. Os testes experimentais revelaram tolerância de A. brasiliensis à temperaturas até 40,6ºC, e plasticidade nos limites térmicos em função da temperatura e salinidade de aclimatação. Estes resultados indicam uma potencial persistência da espécie durante ondas de calor e cenários intermediários de aquecimento à longo-prazo. No entanto, os limites máximos de A. brasiliensis não sofreram alteração após aumento exclusivo na temperatura de aclimatação, revelando que a espécie pode estar próxima de atingir seus limites térmicos absolutos. Os limites térmicos também apresentaram relação com a área de introdução de espécies não-nativas ao redor do globo, indicando conservação de nicho climático durante invasões. O tráfego de navios e flutuações na salinidade também foram associados com a riqueza de peixes não-nativos, revelando um papel primário da pressão de colonização e o filtro ambiental para sua ocorrência em estuários. Os dados gerados pela presente tese contribuíram para avançar o conhecimento acerca de respostas da biodiversidade às mudanças climáticas, e fornecem importantes subsídios para o desenvolvimento de planos de manejo e conservação da fauna nativa.

A produção histórica de serapilheira no manguezal de Guaratiba variou de 8,08 ± 2,08 t.ha-1.ano-1 na transição a 12,15 ± 1,28 t.ha-1.ano-1 na franja, com maiores contribuições de folhas (58-57%), galhos e ramos (11-20%) e propágulos (8-19%). A salinidade da água intersticial variou de 31,3 ± 3,0 na franja a 42,3 ± 5,5 na transição. Análises indicam resposta da serapilheira ao gradiente de inundações pelas marés, devido as diferenças encontradas da produção de serapilheira (F=24,216, p <0,001) e salinidade (F=18,544, p <0,001) entres os tipos fisiográficos; regressões negativas da serapilheira com salinidade (R²=0,2160, p<0,05) e densidade de troncos (R²=0,78, p<0,05); regressões positivas da serapilheira com os parâmetros estruturais DAP médio (R²=0,84, p<0,001) e altura média (R²=0,83, p<0,001). A produção de folhas mostrou-se dependente da área basal e biomassa foliar (R²=0,69, p<0,001). A produção mensal apresentou padrão sazonal de altas produções no verão (3,14-6,37 g.m-².dia-¹) e baixas no inverno (1,32-2,12 g.m-².dia-¹). Foram identificadas tendências significativas de aumento da produção ao longo de tempo de folhas, flores, propágulos e estípulas, e diminuição de galhos e ramos, que variam conforme os tipos fisiográficos. Correlações significativas positivas entre a serapilheira e variáveis climatológicas temperatura do ar, precipitação, radiação e evapotranspiração potencial foram identificadas. Através da análise de ondaleta foram identificados ciclos de 12, 6-8,5-6 e 4-5 meses, com predominância de ciclo sazonal em toda série na franja e bacia. A praga de lagartas entre 2009/2010 afetou diretamente A. schaueriana, com redução da produção de folhas na serapilheira variando de 43-86% de 2009 até o ápice de desfolhação (2011) com redução do impacto ao longo dos tipos fisiográficos, com maiores efeitos na transição. Na franja e bacia, de 2009 a 2011, L. racemosa apesentou redução de 52 e 67% de folhas, respectivamente, e aumento de 30% na transição. R. mangle aumento em 7% a produção de folhas na bacia, tornou-se presente na transição e reduziu em 25% na franja. O tempo de regeneração de A. schaueriana foi de 8 anos. Os resultados ainda refletem o efeito do processo seletivo de desfolhação severa sobre a dinâmica e sucessão ecológica das florestas de mangue.

Desde a era Industrial até hoje, as emissões antropogênicas de CO2 para a atmosfera aumentaram a concentração deste gás em quase 40%. Com o aumento do CO2 na atmosfera, quantidades crescentes desse gás se dissolvem no oceano, alterando a química na superfície da água do mar e causando impactos negativos para o ecossistema marinho. Uma das consequências é a redução do pH do meio marinho, já que a água se torna mais ácida ocasionando a acidificação. Apesar dos avanços científicos, ainda há muito a ser pesquisado sobre o comportamento das propriedades químicas que controlam as trocas de CO2 entre o oceano e a atmosfera correlacionando os parâmetros AT, salinidade e temperatura da superfície do mar.Com essa perspectiva o presente trabalho tem por finalidade principal determinar uma relação entre esses três parâmetros a fim de estabelecer um modelo para estudos de reconstrução de parâmetros do sistema carbonato marinho em escala temporal na costa sul e sudeste brasileira (oceano Atlântico Sul) por onde percorre a Corrente do Brasil, com ênfase no estudo dos aspectos relacionados à acidificação dos oceanos.Em outubro de 2014 a campanha oceanográfica EstArte-Sul foi realizada a bordo do navio Cruzeiro do Sul com 47 estações ao longo da área de estudo. Observou-se que a AT variou de acordo com a salinidade e houve influência da pluma da Lagoa dos Patos e no Rio da Prata na região sul durante o período de amostragem, onde na última estação houve a menor salinidade e menor AT.Assim, as relações foram criadase pode-se concluir que os modelos das relações Salinidade-AT é mais robusta e precisa que a relação Temperatura-AT. Este trabalho demonstra como as equações de AT em função da salinidadee da temperatura fornecem outro meio de examinar as mudanças globais no sistema de carbonato marinho.

Com o objetivo de aperfeiçoar os cálculos a cerca da necessidade de aeração mecânica em sistemas de cultivo de camarão marinho Litopenaeus vannamei, foi quantificado o consumo de oxigênio em condições combinadas de temperaturas (20, 25 e 30ºC) e salinidades (1, 13, 25 e 37 ‰) para juvenis de L. vannamei com três tamanhos diferentes (2, 6 e 12 g). Para medir o consumo de oxigênio por animal foi utilizado um sistema de respirometria do tipo semi-aberto. Os resultados evidenciaram que a temperatura, salinidade, peso do animal e a interação dos três fatores influenciam significativamente o consumo de oxigênio específico (mg O2 g-1 h-1). Animais menores (2 g) possivelmente sofreram estresse osmótico com maior consumo de oxigênio em salinidades de 37 ‰, enquanto que em animais maiores (6 e 12 g) este estresse foi observado em 1 ‰. Em temperaturas de 25 e 30ºC o consumo apresentou-se mais estável em 13 e 25 ‰ em todos tamanhos analisados, sendo que em 20ºC o consumo abaixo de 25 ‰ foi maior, possivelmente devido ao comprometimento da capacidade hiperosmorregulatória em baixas temperaturas. Com base nos resultados encontrados, foram obtidas equações de regressão que permitem calcular o consumo de oxigênio de L. vannamei para as diferentes combinações de temperaturas, salinidades e tamanhos avaliados neste trabalho. Estas equações podem ser empregadas em cálculos de capacidade suporte dos ambientes de cultivo, bem como em cálculos a cerca da quantidade de aeração mecânica necessária para manutenção de valores ideais de oxigênio dissolvido nos sistemas de produção de L. vannamei.

A instalação do Complexo Industrial Portuário de Suape (CIPS) modificou algumas características físicas, químicas e biológicas do Estuário de Suape. Este estudo apresenta a primeira caracterização física deste sistema, focando na hidrodinâmica local, transporte de materiais e a influência destes sobre algumas propriedades locais. Os parâmetros físicos também foram associados aos hidrocarbonetos de petróleo dissolvidos e/ou dispersos (HPDDs). Durante um ciclo completo de maré (13 h), foram registrados o nível, fluxo e propriedades da água (salinidade, temperatura, material em suspensão - MS -, clorofila e oxigênio dissolvido), além da velocidade e direção das correntes, usando ADCP e CTD. Os HPDDs foram investigados nas águas superficiais e de fundo, através de espectrofluorescência. Os resultados revelaram uma estrutura vertical homogênea, um regime de maré semidiurno e um padrão térmico diurno. As concentrações de HPDDs na superfície e no fundo são baixas e similares, devido à ação da maré. A fonte mais provável é o CIPS, uma vez que o transporte residual dos hidrocarbonetos de petróleo, da clorofila e do oxigênio dissolvido são no sentido do estuário do Massangana. Um padrão oposto foi observado para o transporte residual da salinidade e MS, no sentido da lagoa. Estes resultados indicam que a hidrodinâmica local é essencial para entender o transporte e troca de materiais entre os vários segmentos do estuário. Estudos mais completos são necessários para se obter conclusões mais consistentes.

The Capibaribe Estuary is a water body that crosses the Recife Metropolitan Area (RMA), one of the largest population centers in Brazil, and causes large pollutant loads and poor water quality. The fresh water inflow of wastewater from the RMA can account for three times the volume of the river discharge during the low discharge period. This article assesses the hydrodynamics and potential transport of particulate and dissolved scalars in this estuary. A field experiment was conducted to record the water level, current velocity, salinity, temperature and suspended particulate matter (SPM) contents during a full semi-diurnal tidal cycle. This experiment was performed during low river discharge and spring tide conditions. The estuary showed a partially mixed circulation pattern. The residual transport of water and salt were up estuary, while the SPM residual transport was down estuary. The former were understood as the effect of the residual circulation around the islands, while the latter was interpreted as a morphological factor inducing greater resuspension during the ebb, despite the symmetrical ebb and flood currents. This mechanism may transport SPM to the inner shelf, even under tide-dominated conditions when the opposite would be expected.

The Rias Baixas present very high economic value for the Galician communities due to their importance for aquaculture, and the changes associated with climate change are expected to have an impact on their hydrodynamics and consequently on the production of cultivated species. The main objective of this work is to study the impact of climate change on the circulation and hydrography of the Rias Baixas, considering the SSP5-8.5 scenario. To achieve this goal, the Delft3D hydrodynamic model was developed and implemented three-dimensionally for the Rías Baixas, using the results obtained from the CMIP6 MPI-ESM1-2-HR climate model as a boundary condition. Future changes in the hydrodynamic and hydrographic circulation of these coastal systems were analysed. Concerning the tidal constituents, all the Rias show similar behaviour, with the model results showing that the amplitude of tidal constituent M2 will decrease while its phase will increase. The tidal constituents S2 and M4 show an increase in amplitude and a decrease in phase. The diurnal tidal constituent K1 shows increases and decreases in amplitude, depending on the area, and an increase in phase, while O1 shows decreases in both amplitude and phase throughout the systems. All the Rias show an ebb tide dominance, and that both the amplitude ratio and the relative phase will increase in the future. During the summer, the water temperature is higher at the surface and lower at the bottom due to the intrusion of water from the ENAWC. In the future, this pattern will continue, albeit with higher temperatures, as the water temperature in all the Rias is expected to increase by around 2.3°C. During the winter, the water temperature at the bottom tends to be warmer than at the surface, indicating a thermal inversion typical of this season. In the future, the water temperature will also increase in all the Rias, although the increase will be smaller, with a value of approximately 0.5°C. Salinity will decrease in the summer in all the Rias and increase in the winter, especially in the areas closest to the rivers, as freshwater discharges are expected to decrease. Density analysis shows homogeneity in the water column during the winter and stratification during the summer. The Brunt-Väisälä (N) frequency in winter showed higher values in the section closest to the rivers and lower values near the ocean. In the summer, the surface layers seem to have the same density values, but the N value will decrease with depth. In the future, the density will increase in the winter and decrease in the summer, and stratification is expected to decrease, corroborating the N results. With regard to the residual circulation, it was observed that it will strengthen in the summer and weaken in the winter due to a decrease in freshwater runoff however, the positive circulation pattern observed in the present will be maintained in the future.

The major challenges to agriculture are related to climate change, such as the occurrence of drought events, soil salinization, floods and heat waves. Both drought and salinity are proven to reduce crop productivity and development, and are expected to worsen with climate change and anthropogenic activities. Plant growth-promoting bacteria (PGPB) are soil microorganisms reported to improve plant growth and productivity, and are able to increase plant resistance to environmental factors. Thereby, in the present work were isolated PGPB from Sal Island (Cape Verde), an island with low rainfall and recurrent drought and with a high maritime influence. Plant-growth promoting traits (siderophore, IAA and alginate production and phosphate solubilization) of all the strains were evaluated. Bacteria tolerance to drought and salinity was determined and the biochemical mechanisms triggered and drought and salinity were assessed. PGPB contribution on salt and drought stress alleviation was determined on a drought tolerant variety of maize, by analyzing physiological and biochemical changes between inoculated and non-inoculated plants. Exposure to drought resulted in higher lipid and protein damage in bacteria, with increased antioxidant response and osmolyte production. Bacterial inoculation mitigated drought effects on maize plants, by reducing protein carbonylation and by inducing osmolyte production, a crucial factor contributing to plant tolerance to drought. Moreover, the influence of bacterial inoculation on the antioxidant response also contributed to increase plant tolerance to drought. Exposure of bacteria and maize to salt stress evidenced higher PGP abilities under stress and the positive influence of PGPB on root growth, contributing to nutrient and water uptake by plants. Bacterial inoculation alleviated saline stress in maize plants, through the decrease in protein damage and increase of proline and protein production. PGPB emerges as an alternative that can further increase the tolerance of drought tolerant varieties to abiotic stresses such as drought and salinity and be of major value to protect plants from water scarcity, to increase water management efficiency, and to minimize yield losses, thus contributing to food security in a climate change scenario.

Arthrospira platensis is a spiral and filamentous cyanobacteria, popularly known as Spirulina, naturally present in highly alkaline lakes. With high nutritional value, it is applied in supplements for human and animal food, being valued for its high protein content (about 60%), antioxidant and anti-inflammatory properties and the presence of pigments such as phycocyanin and β-carotenes, as well as vitamin B12 and omega 3. Due to the growing interest and popularization by the wellness industry, it is industrially produced on an ever-increasing scale. The testing of the cultivation conditions used by the industry, as well as their improvement, with practical applicability is, therefore, of great relevance. In the present study, the evolution of growth and photophysiology of two strains of A. platensis (Chad and UTEX LB2340) is tested with different salinities and temperatures, with the main goal of improving its growth conditions. Based on standard growth conditions (“Spirulina medium”, 35°C, salinity 15 and high light intensity), one of the strains (Chad) was subjected to a test of salinities of 15 (control), 25 and 35, as well as industrial culture medium. Both strains were subjected to an acute temperature test, in a range of 5 to 65°C, in order to assess their photosynthetic response. Growth curves were determined through optical density and assessment of chlorophyll ɑ content, as well as assessment of photophysiological responses using modeled pulse fluorometry. The results demonstrate that the species under study prefer laboratory growth conditions, however, there is potential to produce in salt water, since it shows photosynthetic efficiency when subjected to salinities of 25 and 35. The industrial environment proved to be the least promising in terms of photophysiological response and amount of pigment. Regarding the temperature test, both strains of A. platensis showed a clear preference for values above 35°C, established as optimal by the literature, reaching the maximum photosynthetic efficiency (determined by the parameter “relative electron transport rate”), at 50 and 55°C, respectively for strain UTEX2340 and “Chad”. A test based on the PCR methodology was also carried out to identify the two strains, the results of which are preliminary.