Effect of land use on the composition, diversity and abundance of insects drifting in neotropical streams

Abstract Streams may exhibit differences in community structure of invertebrate drift, which may be a reflex of variation in environmental factors, able to change in conditions of anthropogenic interventions. The aim of this study was to analyze the composition, diversity and abundance of insects drifting in two neotropical streams under different land use and to identify the environmental factors involved in determining such patterns. 54 taxa of aquatic insects were identified in urban and rural streams. The results indicated significant differences in species composition due to the replacement of specialist species by generalist species in the urban stream. Higher diversity of taxa was recorded in the rural stream, with high levels of dissolved oxygen and high water flow, which favored the occurrence of sensitive groups to environmental disturbances, such as Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera and Coleoptera taxa, that living mainly in clean and well oxygenated waters. On the other hand, a higher density of insects drifting, especially Chironomidae, was observed in the urban stream, where high values of pH, electrical conductivity and nitrogen were observed. These larvae are able to explore a wide range of environmental conditions, owing to their great capacity for physiological adaptation. Despite observing the expected patterns, there were no significant differences between streams for the diversity and abundance of species. Thus, the species composition can be considered as the best predictor of impacts on the drifting insect community.

Resumo Riachos podem exibir diferenças na estrutura das comunidades de invertebrados à deriva, o que pode ser um reflexo da variação nos fatores ambientais, capazes de se alterar em condições de intervenções antrópicas. O objetivo deste trabalho foi analisar a composição, diversidade e abundância de insetos à deriva em dois riachos neotropicais sob diferentes usos do solo, além de identificar os fatores ambientais intervenientes na determinação de tais padrões. Foram registrados 54 táxons de insetos aquáticos nos riachos urbano e rural. Os resultados evidenciaram diferenças significativas na composição de espécies, devido à substituição de espécies especialistas por espécies generalistas no riacho urbano. Maior diversidade de táxons foi registrada no riacho rural, com altos níveis de oxigênio dissolvido e elevado fluxo hídrico, que favoreceram a ocorrência de grupos sensíveis a perturbações ambientais, como táxons das ordens Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera e Coleoptera, que vivem principalmente em águas limpas e bem oxigenadas. Por outro lado, maior densidade de insetos a deriva, especialmente Chironomidae, foi observada no riacho urbano, onde foram registrados elevados valores de pH, condutividade elétrica e nitrogênio. Estas larvas são capazes de explorar uma vasta gama de condições ambientais, consequência da sua grande capacidade de adaptação fisiológica. Apesar de ter encontrado os padrões esperados, não foram contatadas diferenças significativas na diversidade e abundância de espécies entre os riachos. Assim, a composição de espécies pode ser considerada como melhor preditora de impactos sobre a comunidade de insetos à deriva.

Effect of land use on the composition, diversity and abundance of insects drifting in neotropical streams / Efeito do uso do solo sobre a composição, diversidade e abundância de insetos à deriva em riachos neotropicais

Abstract Streams may exhibit differences in community structure of invertebrate drift, which may be a reflex of variation in environmental factors, able to change in conditions of anthropogenic interventions. The aim of this study was to analyze the composition, diversity and abundance of insects drifting in two neotropical streams under different land use and to identify the environmental factors involved in determining such patterns. 54 taxa of aquatic insects were identified in urban and rural streams. The results indicated significant differences in species composition due to the replacement of specialist species by generalist species in the urban stream. Higher diversity of taxa was recorded in the rural stream, with high levels of dissolved oxygen and high water flow, which favored the occurrence of sensitive groups to environmental disturbances, such as Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera and Coleoptera taxa, that living mainly in clean and well oxygenated waters. On the other hand, a higher density of insects drifting, especially Chironomidae, was observed in the urban stream, where high values of pH, electrical conductivity and nitrogen were observed. These larvae are able to explore a wide range of environmental conditions, owing to their great capacity for physiological adaptation. Despite observing the expected patterns, there were no significant differences between streams for the diversity and abundance of species. Thus, the species composition can be considered as the best predictor of impacts on the drifting insect community.

Resumo Riachos podem exibir diferenças na estrutura das comunidades de invertebrados à deriva, o que pode ser um reflexo da variação nos fatores ambientais, capazes de se alterar em condições de intervenções antrópicas. O objetivo deste trabalho foi analisar a composição, diversidade e abundância de insetos à deriva em dois riachos neotropicais sob diferentes usos do solo, além de identificar os fatores ambientais intervenientes na determinação de tais padrões. Foram registrados 54 táxons de insetos aquáticos nos riachos urbano e rural. Os resultados evidenciaram diferenças significativas na composição de espécies, devido à substituição de espécies especialistas por espécies generalistas no riacho urbano. Maior diversidade de táxons foi registrada no riacho rural, com altos níveis de oxigênio dissolvido e elevado fluxo hídrico, que favoreceram a ocorrência de grupos sensíveis a perturbações ambientais, como táxons das ordens Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera e Coleoptera, que vivem principalmente em águas limpas e bem oxigenadas. Por outro lado, maior densidade de insetos a deriva, especialmente Chironomidae, foi observada no riacho urbano, onde foram registrados elevados valores de pH, condutividade elétrica e nitrogênio. Estas larvas são capazes de explorar uma vasta gama de condições ambientais, consequência da sua grande capacidade de adaptação fisiológica. Apesar de ter encontrado os padrões esperados, não foram contatadas diferenças significativas na diversidade e abundância de espécies entre os riachos. Assim, a composição de espécies pode ser considerada como melhor preditora de impactos sobre a comunidade de insetos à deriva.

Does the habitat structure control the distribution and diversity of the Odonatofauna? / A estrutura do habitat controla a distribuição e diversidade da Odonatofauna?

AbstractThe statement that the habitat complexity and structure govern the abundance and diversity of biological communities has been widely investigated. In this context, we assumed the hypothesis of habitat heterogeneity, that is, the higher habitat complexity leads to greater diversity of Odonata. In addition, we analyzed the influence of habitat structure on the distribution of this community, and evaluated the effects of abiotic variables. Odonata larvae were collected with sieves and by electrofishing in ten neotropical streams belonging to the Pirapó River basin. Forty species of Odonata were registered, which were distributed in eight families, Libellulidae stood out with the highest richness. The high gamma diversity and distribution of Odonata were associated with habitat heterogeneity in these streams. However, the abiotic variables also seem to affect the distribution of Odonata species, in view of the impact of the land use in the vicinity of streams.

ResumoO fato de que a complexidade e estrutura de habitat são reguladores da abundância e diversidade de comunidades biológicas tem sido amplamente investigada. Neste contexto, assumimos a hipótese da heterogeneidade de habitat, ou seja, maior complexidade de habitat conduz a maior diversidade de Odonata. Além disso, foi analisada a influência da estrutura do habitat sobre a distribuição desta comunidade, além de avaliar os efeitos das variáveis abióticas. As larvas de Odonata foram coletadas com peneiras e através da pesca elétrica em dez riachos neotropicais pertencentes à bacia hidrográfica do rio Pirapó. Foram registradas quarenta espécies de Odonata, distribuídas em oito famílias, Libellulidae destacou-se com maior riqueza. A elevada diversidade gama e distribuição de Odonata foram associadas à heterogeneidade de habitat presentes nestes riachos. No entanto, as variáveis abióticas da água parece também ter efeito sobre a distribuição de espécies de Odonata, tendo em vista o impacto do uso do solo dos riachos.

Biodiversity of non-marine ostracods (Crustacea, Ostracoda) in the alluvial valley of the upper Paraná River, Brazil / Biodiversidade de ostrácodes (Crustacea, Ostracoda) no vale aluvial do Alto Rio Paraná, Brasil

In the present study, we test the relevance of a number of environmental factors on alpha and beta ostracod diversities, at species and family level. Ostracods were sampled from several substrates, including sediment and root systems of various floating aquatic macrophytes, from 48 environments (both lentic and lotic habitats, ranging from the river itself, over connecting channels linking with open lakes, and, finally closed lakes), belonging to four different systems (Paraná, Ivinheima, Baía and Taquaruçu), in the alluvial valley of the Upper Paraná River. The faunistic survey recorded the presence of 54 species of Ostracoda, belonging to the families Cyprididae, Candonidae, Limnocytheridae and Darwinulidae. Various diversity estimators indicated that these recorded levels of specific diversity should be close to true values. Higher values of ostracods species richness (alpha diversity) were observed in the Baía and Ivinheima systems, while lotic habitats were richer than lentic ones. In addition, open lakes appeared to be more affected by the variable 'system' than closed ones, which can to some extend be explained by the putative effects of flood pulse on benthic communities. The two investigated factors have different effects on the four ostracod families. The present study also indicated that there is a large homogeneity within and between systems, as exemplified by the low beta-diversity levels.

No presente estudo foi testada a relevância de fatores ambientais sobre a diversidade alfa e beta de ostrácodes, bem como, sobre a diversidade de um nível taxonômico mais elevado (família). Os ostrácodes foram coletados em vários substratos, incluindo o sedimento e macrófitas aquáticas flutuantes, de 48 ambientes (habitats lênticos e lóticos, variando desde o próprio rio, conectado a canais, que estão ligados à lagoas abertas e, finalmente, lagoas fechadas), pertencentes a diferentes sistemas (Paraná, Ivinheima, Baía e Taquaruçu), no vale aluvial do Alto Rio Paraná. O levantamento faunístico registrou a ocorrência de 54 espécies de Ostracoda, pertencentes às famílias Cyprididae, Candonidae, Limnocytheridae e Darwinulidae. Vários estimadores de diversidade indicaram que estes níveis de diversidade foram próximos aos valores esperados. Maiores valores de riqueza de espécies de ostrácodes (diversidade alfa) foram observados nos sistemas Baía e Ivinheima, ao passo que os ambientes lóticos foram mais ricos que os lênticos. Além disso, lagoas abertas parecem ser mais afetados pela variável sistema do que as lagoas fechadas, as quais podem ser de alguma maneira explicado por um possível efeito do pulso de inundação sobre as comunidades bênticas. Os dois fatores investigados apresentaram efeitos distintos sobre as quatro famílias de ostrácodes. O presente estudo também indicou que existe uma grande homogeneidade dentro e entre os sistemas como evidenciada pelos baixos níveis de diversidade beta.

Composition and distribution of Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda) in the alluvial valley of the upper Paraná River, Brazil / Composição e distribuição de Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda) no vale aluvial do alto rio Paraná, Brasil

The occurrence and abundance of darwinulid ostracods, as well as environmental factors influencing these patterns, were investigated in the alluvial valley of the upper Paraná River. Ostracods were sampled from several substrates, like littoral sediments and pleuston, which included several aquatic macrophytes species, from 31 localities (lentic and lotic) belonging to different riverine systems. Eight darwinulid species were found, representing all genera from this family. Alicenula serricaudata, Vestalenula pagliolii, and Penthesilenula brasiliensis were the most common species. Cluster analysis based on the composition and abundance of darwinulid communities revealed the presence of five associations. Darwinula stevensoni, Vestalenula botocuda, and Penthesilenula aotearoa were almost exclusive to lotic environments. A Mantel multiple test showed that the occurrence and distribution of darwinulid ostracods were significantly related to types of habitat and systems, but not to abiotic variables. It thus seems that the hydrodynamic fluctuations of these environments are probably more important to darwinulid distribution than the limnological characteristics.

A ocorrência e abundância de ostrácodes darwinulídeos, bem como os fatores ambientais que influenciam estes padrões, foram investigadas no vale aluvial do alto rio Paraná. Os ostrácodes foram coletados em vários substratos, como sedimentos litorâneos e plêuston, o qual incluiu várias espécies de macrófitas aquáticas, de 31 ambientes (lênticos e lóticos) pertencentes a diferentes sistemas fluviais. Oito espécies de darwinulídeos foram encontradas, representando todos os gêneros desta família. Alicenula serricaudata, Vestalenula pagliolii e Penthesilenula brasiliensis foram as espécies mais comuns. A análise de agrupamento, baseada na composição e abundância das comunidades de darwinulídeos, revelou a presença de cinco associações. Darwinula stevensoni, Vestalenula botocuda e Penthesilenula aotearoa foram praticamente exclusivas de ambientes lóticos. O teste de Mantel múltiplo evidenciou que a ocorrência e distribuição de ostrácodes estiveram significantemente relacionadas aos tipos de hábitat e sistema, mas não às variáveis abióticas. Desta forma, parece que as flutuações hidrodinâmicas destes ambientes atuam mais fortemente na distribuição de darwinulídeos que as características limnológicas.

Biodiversity of non-marine ostracods (Crustacea, Ostracoda) in the alluvial valley of the upper Paraná River, Brazil

In the present study, we test the relevance of a number of environmental factors on alpha and beta ostracod diversities, at species and family level. Ostracods were sampled from several substrates, including sediment and root systems of various floating aquatic macrophytes, from 48 environments (both lentic and lotic habitats, ranging from the river itself, over connecting channels linking with open lakes, and, finally closed lakes), belonging to four different systems (Paraná, Ivinheima, Baía and Taquaruçu), in the alluvial valley of the Upper Paraná River. The faunistic survey recorded the presence of 54 species of Ostracoda, belonging to the families Cyprididae, Candonidae, Limnocytheridae and Darwinulidae. Various diversity estimators indicated that these recorded levels of specific diversity should be close to true values. Higher values of ostracods species richness (alpha diversity) were observed in the Baía and Ivinheima systems, while lotic habitats were richer than lentic ones. In addition, open lakes appeared to be more affected by the variable 'system' than closed ones, which can to some extend be explained by the putative effects of flood pulse on benthic communities. The two investigated factors have different effects on the four ostracod families. The present study also indicated that there is a large homogeneity within and between systems, as exemplified by the low beta-diversity levels.

No presente estudo foi testada a relevância de fatores ambientais sobre a diversidade alfa e beta de ostrácodes, bem como, sobre a diversidade de um nível taxonômico mais elevado (família). Os ostrácodes foram coletados em vários substratos, incluindo o sedimento e macrófitas aquáticas flutuantes, de 48 ambientes (habitats lênticos e lóticos, variando desde o próprio rio, conectado a canais, que estão ligados à lagoas abertas e, finalmente, lagoas fechadas), pertencentes a diferentes sistemas (Paraná, Ivinheima, Baía e Taquaruçu), no vale aluvial do Alto Rio Paraná. O levantamento faunístico registrou a ocorrência de 54 espécies de Ostracoda, pertencentes às famílias Cyprididae, Candonidae, Limnocytheridae e Darwinulidae. Vários estimadores de diversidade indicaram que estes níveis de diversidade foram próximos aos valores esperados. Maiores valores de riqueza de espécies de ostrácodes (diversidade alfa) foram observados nos sistemas Baía e Ivinheima, ao passo que os ambientes lóticos foram mais ricos que os lênticos. Além disso, lagoas abertas parecem ser mais afetados pela variável sistema do que as lagoas fechadas, as quais podem ser de alguma maneira explicado por um possível efeito do pulso de inundação sobre as comunidades bênticas. Os dois fatores investigados apresentaram efeitos distintos sobre as quatro famílias de ostrácodes. O presente estudo também indicou que existe uma grande homogeneidade dentro e entre os sistemas como evidenciada pelos baixos níveis de diversidade beta.

Spatial and temporal variation in densities of chironomid larvae (Diptera) in two lagoons and two tributaries of the upper Paraná River floodplain, Brazil

Chironomid larvae were collected and abiotic variables measured at monthly intervals at 21 sampling stations in two lagoons (Guaraná and Patos) and two tributaries (Baía and Ivinheima) of the Upper Paraná River floodplain. The genera Procladius, Chironomus, Goeldichironomus, and Polypedilum were dominant in the lagoons and in the Baía River, while Cryptochironomus and Lopescladius were more dominant in the Ivinheima River. The similarity in the generic composition of the chironomids of the lagoons and the Baía River is probably due to the fact that this river presents hydrodynamic characteristics similar to those of the lagoons. The results obtained suggest that the hydrodynamics of these environments are the main factor determining spatial variation in the chironomid fauna. This is intuitively clear, as this factor itself determines sediment type, quantity of organic matter and presence or absence of aquatic macrophytes. However, on a seasonal scale, the flood pulse seems to be the main controlling factor of the temporal variation in densities and dominance of chironomid larvae. Given that this factor has a large influence on the temporal dynamics of several limnological variables, this is again a logical correlation. Our results suggest a strong relationship between the variations in the chironomid community and fluctuations in limnological characteristics

Cyclopidae (Crustacea, Copepoda) from the upper Paraná River floodplain, Brazil

Cyclopid copepods from samples of fauna associated with aquatic macrophytes and plancton obtained in lotic and lentic environments were obtained from the upper Paraná River floodplain (in the states of Paraná and Mato Grosso do Sul, Brazil). Macrophytes were collected in homogeneous stands and washed. Plankton samples, taken from the water column surface and bottom, were obtained using a motor pump, with a 70 mum mesh plankton net for filtration. Twelve taxa of Cyclopidae were identified. Among them, Macrocyclops albidus albidus, Paracyclops chiltoni, Ectocyclops rubescens, Homocyclops ater, Eucyclops solitarius, Mesocyclops longisetus curvatus, Mesocyclops ogunnus, and Microcyclops finitimus were new finds for this floodplain. Eight species were recorded exclusively in aquatic macrophyte samples. Among these species, M. albidus albidus and M. finitimus presented greatest abundances. Only four species were recorded in plankton samples, and Thermocyclops minutus and Thermocyclops decipiens are limited to this type of habitat. Among these four species, T. minutus is the most abundant, especially in lentic habitats

Cyclopidae (Crustacea, Copepoda) from the upper Paraná River floodplain, Brazil

Cyclopid copepods from samples of fauna associated with aquatic macrophytes and plancton obtained in lotic and lentic environments were obtained from the upper Paraná River floodplain (in the states of Paraná and Mato Grosso do Sul, Brazil). Macrophytes were collected in homogeneous stands and washed. Plankton samples, taken from the water column surface and bottom, were obtained using a motor pump, with a 70 mum mesh plankton net for filtration. Twelve taxa of Cyclopidae were identified. Among them, Macrocyclops albidus albidus, Paracyclops chiltoni, Ectocyclops rubescens, Homocyclops ater, Eucyclops solitarius, Mesocyclops longisetus curvatus, Mesocyclops ogunnus, and Microcyclops finitimus were new finds for this floodplain. Eight species were recorded exclusively in aquatic macrophyte samples. Among these species, M. albidus albidus and M. finitimus presented greatest abundances. Only four species were recorded in plankton samples, and Thermocyclops minutus and Thermocyclops decipiens are limited to this type of habitat. Among these four species, T. minutus is the most abundant, especially in lentic habitats.

Foram obtidos copépodes cyclopídeos de amostras de fauna associadas a macrófitas aquáticas e plâncton de ambientes lóticos e lênticos da planície de inundação do alto rio Paraná (nos Estados do Paraná e Mato Grosso do Sul). As amostras foram coletadas em bancos homogêneos e lavadas. As amostras de plâncton, tomadas à superfície e fundo da coluna de água, foram obtidas com o auxílio de uma motobomba, utilizando-se uma rede de plâncton de abertura de malha de 70 mim para filtração. Doze táxons de Cyclopidae foram identificados. Entre eles, Macrocyclops albidus albidus, Paracyclops chiltoni, Ectocyclops rubescens, Homocyclops ater, Eucyclops solitarius, Mesocyclops longisetus curvatus, Mesocyclops ogunnus e Microcyclops finitimus representam novos registros para essa planície. Oito espécies foram registradas exclusivamente em amostras de macrófitas aquáticas. Entre essas, M. albidus albidus e M. finitimus são as mais abundantes. Somente quatro espécies foram registradas em amostras de plâncton, e Thermocyclops minutus e Thermocyclops decipiens são exclusivas para esse tipo de habitat. Dessas quatro espécies, T. minutus é a mais abundante, especialmente em ambientes lênticos.

Spatial and temporal variation in densities of chironomid larvae (Diptera) in two lagoons and two tributaries of the upper Paraná River floodplain, Brazil

Chironomid larvae were collected and abiotic variables measured at monthly intervals at 21 sampling stations in two lagoons (Guaraná and Patos) and two tributaries (Baía and Ivinheima) of the Upper Paraná River floodplain. The genera Procladius, Chironomus, Goeldichironomus, and Polypedilum were dominant in the lagoons and in the Baía River, while Cryptochironomus and Lopescladius were more dominant in the Ivinheima River. The similarity in the generic composition of the chironomids of the lagoons and the Baía River is probably due to the fact that this river presents hydrodynamic characteristics similar to those of the lagoons. The results obtained suggest that the hydrodynamics of these environments are the main factor determining spatial variation in the chironomid fauna. This is intuitively clear, as this factor itself determines sediment type, quantity of organic matter and presence or absence of aquatic macrophytes. However, on a seasonal scale, the flood pulse seems to be the main controlling factor of the temporal variation in densities and dominance of chironomid larvae. Given that this factor has a large influence on the temporal dynamics of several limnological variables, this is again a logical correlation. Our results suggest a strong relationship between the variations in the chironomid community and fluctuations in limnological characteristics.

Foram coletadas larvas de quironomídeos e medidas as variáveis abióticas, mensalmente, em 21 pontos distribuídos em duas lagoas (Guaraná e Patos) e dois tributários (Baía e Ivinheima) da planície de inundação do alto rio Paraná. Os gêneros Procladius, Chironomus, Goeldichironomus e Polypedilum foram dominantes nas lagoas e no rio Baía, enquanto Cryptochironomus e Lopescladius dominaram no rio Ivinheima. Essa semelhança na composição genérica de quironomídeos nas lagoas e no rio Baía provavelmente se deve ao fato de esse rio apresentar características hidrodinâmicas mais similares às das lagoas. Os resultados obtidos sugerem que a hidrodinâmica desses ambientes é o principal fator determinante na variação espacial da fauna de quironomídeos. Obviamente, esse fator determina o tipo de sedimento, teor de matéria orgânica e presença ou ausência de macrófitas aquáticas. No entanto, sazonalmente, o pulso de inundação parece ser o principal fator controlador da variação temporal da densidade e da dominância das larvas de quironomídeos. Tendo em vista que esse fator tem grande influência na dinâmica temporal das variáveis limnológicas, isso é novamente uma correlação lógica. Os resultados sugerem forte relação entre as variações na comunidade de quironomídeos e as flutuações nas características limnológicas.