Abstract: Aim Man-made reservoirs lead to several changes in their downstream rivers that depend on the hydraulic characteristics of the reservoirs. However, their multiple uses can also provide facilities that influence the ecosystem services that they provide. This study addressed the potential ability of a Neotropical reservoir to trap chemical species aiming to assess the role of these ecosystems to mitigate pollution. Methods Retention capability modeling was examined for a small subtropical reservoir with high hydraulic retention time (> 100 days). The temporal ranges of 9 physical and chemical water variables over a five-year period were used to calculate the mass balance and to determine the retentive capability (alpha parameter) of the Itupararanga Reservoir (São Paulo State, Brazil). To explain the long-term mass balance of these variables, it was assumed that the reservoir is a completely mixed system with a step input. Results The highest values of parametrized alpha (high retention capability) occurred in wet months (up to 500 mm) for all variables. High reaction rate constants (k) and low hydraulic flushing suggested that sink processes prevail over the export ones, mainly for total phosphorus. The rainfall pattern showed minor importance for trapping elements. Conclusions In the Neotropics, hydraulic characteristics of the ecosystem (e.g., low area:volume ratio) are a tool for pollution management in man-made reservoirs.

Resumo: Objetivo Os reservatórios artificiais desencadeiam várias mudanças em seus rios a jusante que dependem das características hidráulicas dos reservatórios. No entanto, seus múltiplos usos também podem fornecer recursos que influenciam os serviços ecossistêmicos que eles fornecem. Este estudo abordou a capacidade potencial de um reservatório Neotropical em capturar espécies químicas, com o objetivo de avaliar o papel desses ecossistemas na mitigação da poluição. Métodos A modelagem da capacidade de retenção foi examinada para um pequeno reservatório subtropical com alto tempo de retenção hidráulica (> 100 dias). As variações temporais de 9 variáveis físicas e químicas da água ao longo de um período de cinco anos foram usados para calcular o balanço de massa e determinar a capacidade retentiva (parâmetro alfa) do reservatório Itupararanga (estado de São Paulo, Brasil). Para explicar o balanço de massa de longo prazo dessas variáveis, foi assumido que o reservatório seja um sistema completamente misturado com uma entrada em degrau. Resultados Os maiores valores de assimilação (i.e., alta capacidade de retenção) ocorreram nos meses úmidos (até 500 mm) para todas as variáveis. Altos coeficientes de reação (k) e baixa descarga hidráulica sugerem que os processos de sumidouro prevalecem sobre os de exportação, principalmente para fósforo total. O padrão de precipitação mostrou menor importância para o aprisionamento dos elementos. Conclusões Nos Neotrópicos, as características hidráulicas do ecossistema (e.g., baixa relação área: volume) são uma ferramenta para o gerenciamento da poluição em reservatórios artificiais.

Resumo Objetivo Os processos de ciclagem em áreas úmidas são altamente dinâmicos e envolvem interações complexas entre processos hidrológicos, transformações biogeoquímicas e comunidades microbianas. Esta revisão avaliou as interações entre os elementos no contexto dos ciclos biogeoquímicos e as possíveis rotas em que a matéria orgânica é processada em solos alagados. Métodos Nessa revisão foram abordados os processos de entrada e ciclagem de matéria orgânica em solos inundados. Utilizamos um levantamento bibliográfico não sistemático para indicar as possíveis rotas biogeoquímicas de processamento da matéria orgânica em solos alagados. Resultados Exploramos processos hidrológicos, disponibilidade de oxigênio, rotas biogeoquímicas do processo de matéria orgânica e as entradas e exportações de matéria orgânica em solos alagados de áreas úmidas. Conclusões A degradação anaeróbica dos recursos orgânicos ocorre predominantemente em solos submersos. Em condições de manutenção das taxas naturais de produção primária e adução de detritos alóctones, o armazenamento de detritos orgânicos em solos alagados prevalece sobre a mineralização. A importância da hidrologia para a exportação de carbono orgânico é evidente. Nas áreas úmidas, a exportação de matéria orgânica está predominantemente associada à matéria orgânica dissolvida e a produção de metano. hidrológicos microbianas inundados oxigênio submersos alóctones mineralização evidente metano

Abstract Aim Cycling processes in wetlands are highly dynamic and involve complex interactions between hydrological processes, biogeochemical transformations, and microbial communities. This review attempts to assess the interactions between elements within biogeochemical cycles and the possible routes in which organic matter is processed in waterlogged soils. Methods The input and cycling of organic matter in flooded soils were approached in this review. We used a non-systematic literature survey to indicate the possible biogeochemical routes of organic matter processing in waterlogged soils. Results We explore hydrological processes, oxygen availability, biogeochemical routes of the organic matter process, and the inputs and exports of organic matter in flooded soils from wetlands. Conclusions The anaerobic degradation of organic resources predominantly occurs within submerged soils. Under conditions of maintenance of natural rates of primary production and allochthonous detritus input, storing organic detritus in flooded soils prevails over mineralization. The importance of hydrology for the export of organic carbon is evident. In wetlands, the export of organic matter is predominantly associated with dissolved organic matter and methane production. transformations communities nonsystematic non systematic availability process mineralization evident

Resumo As atividades humanas afetam a qualidade da água dos reservatórios, portanto, métodos são necessários para verificar esses impactos. A modelagem matemática auxilia no entendimento do impacto antrópico na qualidade da água, variações nos dados limnológicos e auxilia na formulação de estratégias de manejo. Entretanto, é preciso considerar as (des)vantagens, bem como os métodos utilizados para avaliação da qualidade da água em reservatórios. Este estudo conduziu uma revisão sistemática em quatro bases de dados: (i) PubMed/Medline; (ii) Scopus; (iii) Web of Science e (iv) Wiley Online Library. Foram combinamos operadores booleanos e palavras para encontrar os artigos ligados ao escopo. O software Rayyan permitiu a triagem inicial dos artigos encontrados. Artigos peer-reviewed e o uso de modelos matemáticos para avaliar a qualidade da água em reservatórios foram critérios de inclusão. Os critérios de exclusão foram artigos não publicados em inglês, literatura cinzenta e artigos inacessíveis. Foram encontrados 169 artigos, dos quais 39 foram selecionados e apenas 13 foram incluídos na revisão. A modelagem matemática tem muitos benefícios relacionados à problemas do mundo real, mas as principais desvantagens são a simplificação do processo, regras específicas e a falta de informações ou monitoramento de dados. Equações cinéticas, modelos de regressão, análise de Monte Carlo, modelos de segmento finito, ferramentas de modelagem, equações de taxa de ordem zero, equações algébricas diferenciais parciais e análise preditiva são os métodos observados. Esta revisão fornece informações para gestores não familiarizados que almejam o uso de modelos matemáticos para avaliar a qualidade da água de reservatórios.

Abstract Human activities are affecting reservoir water quality; consequently, methods are necessary to verify those impacts. Mathematical modeling improves the understanding of the anthropic impact on water quality, changes in limnological data, and helps formulate management strategies. However, it is necessary to consider the (dis)advantages as well as the methods used for water-quality assessment in reservoirs. This study conducted a systematic review in four databases: (i) PubMed/Medline; (ii) Scopus; (iii) Web of Science; and (iv) Wiley Online Library. We combined Boolean operators and words aiming to identify papers linked to the scope. Rayyan software allowed the initial screening of the found papers. Peer-reviewed papers and the use of mathematical models to assess reservoir water quality were the inclusion criteria. Exclusion criteria included articles in languages other than English, grey literature, and inaccessible articles. Our research found 169 articles, of which 39 were selected and only 13 were included in the review. Mathematical modeling has many benefits related to real-world problems, but the main disadvantages are process simplification, specific rules of the model, and lack of information or data monitoring. Kinetic equations, regression models, Monte Carlo analysis, finite segment models, modeling tools, zero-order rate equations, partial differential algebraic equations, and predictive analysis are the methods observed in mathematical modeling. This review provides information for unfamiliar managers who intend to use mathematical models to assess the water quality of reservoirs.

ResumoObjetivo: Considerando a natureza heterogênea dos detritos vegetais, esse estudo teve por objetivo verificar o efeito da composição química dos detritos na mineralização anaeróbia de duas espécies de macrófitas aquáticas com diferentes hábitos de vida (uma flutuante e outra submersa). A hipótese desse estudo foi que a concentração de carbono da fração hidrosolúvel do detrito pode atuar como um fator facilitador de sua degradação.Material e MétodosForam preparadas incubações contendo detritos e água da lagoa do Óleo (21° 33’ a 21° 37’ S e 47° a 45’a 47° 51 O). Para cada espécie (Salvinia auriculata e Utricularia breviscapa) foram preparadas câmaras com: (i) detritos integrais (amostra de planta seca); (ii) matriz ligno-celulósica (matéria orgânica particulada (MOP) remanescente da extração do lixiviado) e (iii) lixiviado. As incubações foram mantidas em condição anaeróbia e no escuro. Diariamente foram avaliadas as taxas de formação de gases e ao final (dia 138) as incubações foram desmontadas e foram elaborados os balanços de massa. Periodicamente (durante 180 dias), câmaras foram fracionadas em uma fração dissolvida e outra particulada para a avaliação das variações de carbono orgânico dissolvido, carbono orgânico particulado e carbono mineralizado (CM).ResultadosIndependente do tipo (S. auriculata ou U. breviscapa) a mineralização do carbono foi mais rápida e elevada para os lixiviados (ca. 85%). Para U. breviscapa a mineralização da MOP foi mais lenta que a do respectivo detrito integral e a mineralização de S. auriculata foi mais lenta que a de U. breviscapa.ConclusõesA composição do detrito (i.e. tipo de macrófita, presença e proporção de lixiviado) interferiu de forma sinérgica na degradação anaeróbia das plantas. O material lixiviado tende a constituir-se em agente facilitador, subsidiando o crescimento dos microrganismos e intensificando a mineralização.

Aim: This study was conducted to evaluate the effect of the detritus composition on the anaerobic mineralization of two species of aquatic macrophytes with different life forms (submerged and free floating). The hypothesis that guided this study was that the carbon concentration derived from detritus hydrosoluble fraction can act as a facilitating factor on its degradation.Material and MethodsIncubations containing detritus and water sample from the Óleo Lagoon (21° 33’ to 21° 37’ S and 47° to 47° 45’ to 51’ W) for each specie (Salvinia auriculata and Utricularia breviscapa) were set-up with: (i) integral detritus (sample of dried plant), (ii) lignocellulosic matrix (particulate organic matter (POM) remaining from leachate extraction) and (iii) leachate. The incubations were kept in the dark under anaerobic conditions. Daily rates of gas formation were evaluated and after 138 days, the incubations were fractioned in dissolved and particulate fractions and the mass balances were performed. A mass loss experiment (180 days) was performed for assessment of the dissolved organic carbon, particulate organic carbon and mineralized carbon variations.ResultsRegardless of the type of detritus (S. auriculata and U. breviscapa), C-mineralization was faster and higher in the DOC incubations (ca. 85%). For U. breviscapa the POM mineralization was slower than the corresponding integral detritus and S. auriculata mineralization was slower than U. breviscapa.ConclusionsThe composition of the detritus (i.e. macrophyte type, presence and proportion of leachate) interfered synergistically in anaerobic degradation of these plants. The leachate tends to act as a facilitator, supporting the growth of microorganisms and intensifying mineralization.

Ensaios foram realizados para avaliar o consumo de oxigênio resultante da mineralização aeróbia de diferentes compostos orgânicos: glicose, sacarose, amido, ácido tânico, lisina e glicina. Os compostos foram adicionados a 1 l de amostra de água do Reservatório do Monjolinho (22º 00 ' S; 47º 54 ' W). As concentrações de oxigênio e de carbono orgânico dissolvidos foram determinadas durante 20 dias. Os resultados foram ajustados a modelos cinéticos de primeira ordem, observou-se que durante os 20 dias de experimento o consumo de oxigênio variou de 4,5 mg.l-1 (ácido tânico) a 71,5 mg.l-1 (glicose). Os coeficientes de desoxigenação (kD) mais elevados foram observados para o ácido tânico (0,321 dia-1) seguido pela glicina, amido, lisina, sacarose e glicose (0,1004, 0,0504, 0,0486, 0,0251 e 0,0158 dia-1, respectivamente). A partir de cálculos teóricos e das concentrações de oxigênio e de carbono foram obtidas as estequiometrias dos processos de mineralização. Os valores estequiométricos variaram de 0,17 (ácido tânico) a 2,55 (sacarose).

Assays were carried out to evaluate the oxygen consumption resulting from mineralization of different organic compounds: glucose, sucrose, starch, tannic acid, lysine and glycine. The compounds were added to 1 l of water sample from Monjolinho Reservoir. Dissolved oxygen and dissolved organic carbon were monitored during 20 days and the results were fitted to first order kinetics model. During the 20 days of experiments, the oxygen consumption varied from 4.5 mg.l-1 (tannic acid) to 71.5 mg.l-1 (glucose). The highest deoxygenation rate (kD) was observed for mineralization of tannic acid (0.321 day-1) followed by glycine, starch, lysine, sucrose and glucose (0.1004, 0.0504, 0.0486, 0.0251 and 0.0158 day-1, respectively). From theoretical calculations and oxygen and carbon concentrations we obtained the stoichiometry of the mineralization processes. Stoichiometric values varied from 0.17 (tannic acid) to 2.55 (sucrose).