ABSTRACT In wetlands, the knowledge accumulated on the role of aquatic plants in the methane cycle focused on emergent macrophytes, to the detriment of other typologies. Herein, we evaluated whether the free-floating macrophyte Salvinia auriculata Aubl. and the floating-leaved macrophyte Eichhornia azurea (Sw.) Kunth. decrease the water column methane concentrations compared to a plant-free surface. We prepared microcosms by inserting an individual of S. auriculata or of E. azurea into chambers filled with lagoon water previously bubbled with CH4. Another set of chambers was incubated only with the prepared water, representing the plant-free surface. Half of the chambers were kept in the dark and half in sunlight to simulate a diel cycle. We observed greater loss of CH4, higher O2 uptake and lower CO2 outflow in the plants treatments. The decrease in methane concentrations in the E. azurea treatments was 93.5% in the light and 77.2% in the dark. In the S. auriculata treatments, the decreases were 74.2% and 67.4% in the light and in the dark, respectively. In plant-free surface the decrease was 58.7% in the light and 36.3% in the dark. These results indicate a role of floating aquatic macrophytes in the methane cycle in the water column. Moreover, our results suggest a diel variation of methane oxidation and methane emission, according to the differences observed in O2 uptake and CO2 outflow between dark and light conditions. Thus, future predictions of global methane budget should include the role played by floating aquatic macrophytes.

OBJETIVO: Áreas alagadas costeiras são zonas potenciais para produção de metano (CH4). O presente estudo tem como objetivo avaliar a variação espacial da produção e concentração de CH4 em dez lagoas costeiras tropicais, a influência de macrófitas aquáticas na concentração de CH4 no sedimento e como a magnitude dessas taxas de produção potencial de CH4 é em comparação com outros ecossistemas. MÉTODOS: Os sedimentos foram amostrados em dez lagoas costeiras, com um ponto na região limnética e outro ponto nos bancos de macrófita aquática, quando estas estavam presentes na região litorânea. Nós medimos a produção de CH4 como uma taxa potencial e a concentração de CH4 foi diretamente medida das amostras de sedimento. RESULTADOS: As maiores taxas de produção potencial de CH4 (PPM) foram encontradas em lagoas alcalinas e hipersalinas. Contudo, Cabiúnas, que é uma lagoa de água doce densamente colonizada por macrófitas aquáticas também exibiu alta taxa de PPM. Nós também observamos que a concentração de CH4 do sedimento na região litorânea foi mais alta que na região limnética em todas as lagoas investigadas, exceto Paulista, que apresentou o padrão oposto. As taxas de produção de CH4 observadas nessas lagoas estudadas foram baixas comparadas com outros ecossistemas aquáticos. CONCLUSÃO: Nossos resultados sugerem que os sedimentos de lagoas salinas são importantes sítios produtores de CH4, e em geral, macrófitas aquáticas tem uma influência positiva na metanogênese, o que foi evidente baseado nas concentrações de CH4 presentes nos sedimentos dessas lagoas. Estudos adicionais deveriam focar nos processos subjacentes aos padrões do CH4 observados nas lagoas costeiras tropicais, especialmente preocupando-se com o acoplamento entre produção e concentração de CH4.

AIM: Coastal wetlands are potential zones for methane (CH4) production. The present study aims to evaluate the spatial variation of CH4 production and concentration in ten tropical coastal lagoons, the influence of aquatic macrophytes on the sediment CH4 concentration and how the magnitude of these potential CH4 production rates compare to those in other ecosystems. METHODS: Sediments were sampled in ten coastal lagoons, with one site in the limnetic region and another site in aquatic macrophyte stands when they were present in the littoral region. We measured the CH4 production as a potential rate, and CH4 concentration was directly measured from sediment samples. RESULTS: The highest potential CH4 production (PMP) rates were found in alkaline and hypersaline lagoons. However, Cabiúnas, which is a freshwater lagoon densely colonized by aquatic macrophytes, also exhibited a high PMP rate. We also observed that the sediment CH4 concentration in the littoral region was higher than in the limnetic region in all of the investigated lagoons except Paulista, which presented the opposite pattern. The PMP rates observed in the studied lagoons were low compared to other aquatic ecosystems. CONCLUSION: Our results suggest that the sediments of saline lagoons are important CH4 production sites, and in general, aquatic macrophytes have a positive influence on methanogenesis, which was evident based on the CH4 concentrations present in the sediments of these lagoons. Further studies should focus on the processes underlying the CH4 patterns observed in the tropical coastal lagoons, especially concerning the coupling between CH4 production and concentration.

OBJETIVO: O dióxido de carbono (CO2) é um importante gás atmosférico envolvido tanto no ciclo biológico do carbono como no aquecimento global. Corpos d'água continentais - principalmente lagos - contribuem para o ciclo do carbono e têm sido considerados uma grande fonte de CO2 para atmosfera. No entanto, estudos científicos geralmente negligenciam a morfometria dos lagos e a presença de macrófitas aquáticas na região litorânea destes ecossistemas, que possuem um grande potencial tanto para a absorção de CO2 como para o estoque de carbono. Este estudo teve como objetivo avaliar a importância das regiões litorânea - considerando a contribuição das espécies dominantes Typha domingensis e Eichhornia azurea - no balanço de CO2 na Lagoa Cabiúnas, contrastando com a região limnética. MÉTODOS: O fluxo de CO2 foi estimado por meio de regressões lineares das concentrações de CO2 na atmosfera interna de câmaras estáticas, em cada um dos locais estudados. Foi verificada a distribuição de macrófitas ao longo do espelho d'água para avaliar os efeitos desta comunidade sobre a saturação de CO2. Outras variáveis também foram medidas ao longo do processo de amostragem para avaliar a sua relação com os dados de fluxo de CO2 por meio de critérios de seleção de modelos de Akaike. A área coberta por macrófitas aquáticas na lagoa Cabiúnas foi estimada por perfis e transectos. RESULTADOS E DISCUSSÃO: O fluxo de CO2 na superfície da água variou entre - 7,39 a 17,56 mgCO2m- 2h- 1. Foi observado predominantemente um padrão de emissão de CO2 pela superfície d'água sem macrófitas, sugerindo que a coluna d'água encontra-se supersaturada de CO2como um todo. Os valores foram semelhantes entre todos os pontos de amostragem, sugerindo que as macrófitas aquáticas não influenciam na saturação de CO2 na coluna d'água da lagoa Cabiúnas. Por outro lado, os fluxos de CO2 a partir do tecido das macrófitas mostrou um padrão claro de absorção. Influxos foram maiores em T. domingensis ( - 229,1 ± 320,9 mg CO2.m- 2.h- 1) do que em E. azurea ( - 43,8 ± 39,5 mg CO2.m- 2.h- 1). Uma vez que estas macrófitas ocupam uma área considerável da lagoa (75% da lagoa Cabiúnas) e o balanço de CO2 aponta para predominância de processos de absorção do gás, isso resulta num aporte líquido de 46,6 mg CO2.m- 2.h- 1 a lagoa Cabiúnas. A elevada contribuição de Typha domingensis para absorção de CO2 e em outros processos apontam esta espécie como uma das mais importantes para a ciclagem do C neste ecossistema. Assim, a contribuição da região litorânea não pode ser negligenciada nas estimativas do balanço de C nos ecossistemas aquáticos rasos.

AIM: Carbon dioxide (CO2) is an important atmospheric trace gas that is involved in both the biological carbon cycle and global warming. Inland waters - mainly lakes - contribute to C cycling and have been considered a large source of atmospheric CO2. However, scientific studies usually neglect lake morphometry and the presence of aquatic macrophytes in littoral zones, which have a great potential for CO2 absorption and for C storage. This study aimed to evaluate the importance of the littoral region on the CO2 balance in the Cabiúnas Lagoon, while also considering the contribution of the limnetic region and of Typha domingensis and Eichhornia azurea, prominent species in the area. METHODS: CO2 flux was estimated by a linear integration of CO2 concentrations measured in the internal atmospheric of a single-component static closed chambers at the studied sites. The distribution of macrophyte stands throughout lagoon surface was taken into account to evaluate the effects of macrophytes on CO2 supersaturation. Other factors were also measured throughout the sampling process to evaluate their relationship with CO2 flux data by means of Akaike model selection criterion. The area covered by aquatic macrophytes at the Cabiúnas lagoon was estimated by profiles and transects. RESULTS AND DISCUSSION: CO2 flux through the water surface ranged from - 7.39 to 17.56 mgCO2m- 2h- 1. An emission pattern predominated, suggesting that water columns are CO2 supersaturated at all sampling sites. Rates were similar among all the sampling sites, suggesting that aquatic macrophytes do not influence CO2 saturation in the water column at Cabiúnas lagoon. On the other hand, CO2 fluxes from macrophyte tissues showed a clear assimilation pattern. Influxes were higher in T. domingensis ( - 229.1 ± 320.9 mg CO2.m- 2.h- 1) than in E. azurea stands ( - 43.8 ± 39.5 mg CO2.m- 2.h- 1). Once these macrophytes covered a considerable area of the lagoon and CO2 absorption strongly overwhelmed the emission processes, then we were able to extrapolate data from the total estimated area of the evaluated sites (75% of the Cabiúnas lagoon), which resulted in a net influx of 46.6 mg CO2.m- 2.h- 1. The strong Typha domingensis contribution to CO2 absorption and other C cycling processes indicate that it is one of the most important species to Carbon cycling in the studied ecosystem. Thus, it is worth considering C cycling in lake littoral zones as a key process when estimating C balance in shallow aquatic ecosystems.

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi avaliar o estágio inicial de decomposição de duas macrófitas aquáticas (Typha domingensis e Eleocharis interstincta) em condições aeróbias e anaeróbias; MÉTODOS: As amostras de macrófitas aquáticas e água foram coletadas na lagoa Cabiúnas, Rio de Janeiro, Brasil. No experimento 1 câmaras de mineralização foram preparadas com fragmentos vegetais frescos e água da lagoa para cada condição (aeróbia e anaeróbia). A formação de DOC e de CO2 e o consumo de O2 foram medidos durante 30 dias. No experimento 2 câmaras de mineralização foram preparadas com lixiviados de macrófitas aquáticas e glicose em cada condição experimental (aeróbia e anaeróbia). A formação de CO2 e o consumo de O2 foram medidos durante 1 dia; RESULTADOS: No experimento 1 as concentrações de COD na decomposição de T. domingensis foram maiores. Apesar disso, a formação de CO2 foi mais eficiente na decomposição de E. interstincta. O consumo de oxigênio aumentou no começo da decomposição dos detritos e tenderam a estabilizar no final. Os valores de O/C aumentaram no início da decomposição e diminuíram em seguida. No experimento 2, a decomposição aeróbia apresentou maior formação de CO2 em todos os recursos. O lixiviado de E. interstincta apresentou maior concentração de CO2 do que o de T. domingensis em ambas as condições; CONCLUSÃO: Os resultados mostraram que a decomposição aeróbia inicial é maior em T. domingensis. O consumo de oxigênio varia de acordo com as alterações químicas dos detritos. A formação de CO2 na decomposição de T. domingensis e E. interstincta é irrelevante na Lagoa Cabiúnas. A baixa liberação de DOC dos detritos indicam que a mineralização da matéria orgânica particulada é a principal via de decomposição de T. domingensis e E. interstincta.

AIM: The aim of this study was to evaluate the initial stage of decomposition of two aquatic macrophytes (Typha domingensis and Eleocharis interstincta) under aerobic and anaerobic conditions; METHODS: The samples of aquatic macrophytes and water were collected in Cabiúnas lagoon, Rio de Janeiro, Brazil. In the experiment 1 mineralization chambers were prepared with fresh plant fragments and water from the lagoon in aerobic and anaerobic conditions. DOC and CO2 formation and O2 consumption were measured during 30 days. In the experiment 2 mineralization chambers were prepared with aquatic macrophytes leachate and glucose for each experimental condition. CO2 formation and O2 consumption were measured during 1 day; RESULTS: In experiment 1 DOC concentrations in T. domingensis decomposition were higher. Despite this, CO2 formation was more efficient in E. interstincta decomposition. The oxygen consumption increased in the beginning of decomposition and tended to stabilize towards the end. The O/C values increased in the beginning of decomposition and decreased thereafter. In experiment 2, aerobic decomposition presented higher CO2 formation. E. interstincta leachate presented higher CO2 concentration than T. domingensis; CONCLUSION: Our results showed that aerobic decomposition in the initial stages is higher only in T. domingensis mineralization. Oxygen consumption varies according to the alterations in the chemical composition of the detritus. The formation of CO2 from T. domingensis and E. interstincta decomposition in the water column is irrelevant in Cabiúnas Lagoon. The low DOC release from fresh aquatic macrophytes detritus indicates that particulate organic matter mineralization is the main route of T. domingensis and E. interstincta decomposition.

This work describes the waste management system developed at the Laboratory of Limnology of Federal University of Rio de Janeiro. The initial challenge was to identify and treat a great variety of wastes generated in the analytical procedures performed in the laboratory. Since many of the students and researchers are not chemists, an intensive training was performed during the establishment of the management system. After three years, there was a deep change of attitude of the professionals involved. The present experience may be useful for other laboratories with a profile similar to the one under study.

O objetivo dessa pesquisa foi determinar a concentração de metano na coluna d'água e na água intersticial do sedimento nas regiões limnética e litorânea de uma lagoa costeira (Lagoa Cabiúnas, Macaé, RJ). Na região litorânea as amostras foram coletadas em três estandes de macrófitas (Typha domingensis, Eleocharis interstincta e Potamogeton stenostachys). A concentração de metano na água intersticial na região litorânea foi maior do que aquela encontrada na região limnética em cada fração do sedimento. A maior concentração de metano na fração superficial do sedimento (0-2 cm) foi observada no estande de P. stenostachys (3.7 mM). Este resultado foi o único significativamente diferente (p<0.05) da região limnética. A concentração de metano na água intersticial aumentou com a profundidade nos estandes de macrófitas. A concentração de metano na coluna d'água não variou significativamente entre os pontos de coleta (p>0.05). Os resultados sugerem que há uma considerável influência das macrófitas aquáticas estudadas na concentração de metano na água intersticial do sedimento.

The aim of this study was to evaluate methane concentration in water column and pore water at limnetic and littoral regions of a coastal lagoon. At the littoral region samples were taken from three monospecific macrophytes stands (Typha domingensis, Eleocharis interstincta and Potamogeton stenostachys). The methane concentration in the pore water at the littoral region was higher than the concentration found at the limnetic region in each fraction of the sediment. The higher methane concentration in the superficial fraction of the sediment (0-2 cm) was shown at the P. stenostachys stand (3.7 mM). It was the only significantly different (p<0.05) from the limnetic region. The pore water methane concentration increased with depth at the aquatic macrophytes stands. The methane concentration in the water column did not vary significantly among the sampling sites (p>0.05). It could be concluded that there was a high influence of aquatic macrophytes on the pore water methane concentration.