Richness and composition of macrophyte assemblages in four Amazonian lakes / Riqueza e composição da assembleia de macrófitas em quatro lagos amazônicos

Aquatic macrophytes are an important component in the structure of lakes in Neotropical floodplains, for example, because they support a high diversity of invertebrates and vertebrates. In this paper, we tested whether or not the variability of macrophyte assemblages is lower in spatially close quadrats than among quadrats of different lakes. The study was carried in four lakes in a large Amazonian floodplain (Purus river), where floating meadows were investigated. A total of 49 taxa of macrophytes were found. Five species dominated and three species were rare. Taxa richness, composition and beta diversity differed more between than within lakes. Because high beta diversity was found among the lakes, they should be considered individually important for maintaining the gamma diversity of macrophytes within the Purus River floodplain, and this should be considered in plans of lake management.

As macrófitas aquáticas são um importante componente para a estrutura de lagos neotropicais em planícies de inundação, porque suportam alta diversidade de invertebrados e vertebrados. Neste trabalho, nós testamos se a variabilidade da assembleia de macrófitas aquáticas é menor entre "quadrats" espacialmente próximos do que "quadrats" em lagos diferentes. O estudo foi desenvolvido em quatro lagos da planície amazônica (rio Purus), onde bancos flutuantes de macrófitas foram amostrados. Um total de 49 taxa de macrófitas foi encontrado. Cinco espécies dominaram e três espécies foram raras. A riqueza de taxa, composição e diversidade de espécies diferiram mais entre os lagos do que dentro dos lagos. Pela alta diversidade beta encontrada nos lagos, esses lagos devem ser considerados importantes individualmente para manter a diversidade gamma de macrófitas dentro da planície de inundação do rio Purus. Esse fato deve ser considerado em planos de manejo desses lagos de planície.

Comparison of diversity indices applied to macrophyte incidence-based data

In this work, a recently proposed diversity index based on Patil and Taillie parametric diversity measure (or Tsallis entropy), Sq*, was applied to samples (presence-absence data) of macrophytes from the Itaipu Reservoir, Brazil. This new index was the value of the family of indices Sq for a specific evenness of a sample. Results demonstrated that the Shannon index and species richness showed expressively high correlation with the Sq*; however, the evenness had low correlation coefficients with the index Sq*, indicating that Sq* was particularly sensitive to rarity and species richness. On the other hand, the weak correlations of this index with evenness demonstrated that it was less sensitive to species relative abundances.

Macrophytes in the upper Paraná river floodplain: checklist and comparison with other large South American wetlands

Neotropical aquatic ecosystems have a rich aquatic flora. In this report, we have isted the aquatic flora of various habitats of the upper Paraná River floodplain by compiling data rom literature and records of our own continuous collections conducted during the period 2007-2009. Our main purposes were to assess the macrophyte richness in the Paraná floodplain, to compare it with other South American wetlands and to assess whether the number of species recorded in South American inventories has already reached an asymptote. We recorded a total of 153 species of macrophytes in the Upper Paraná River floodplain, belonging to 100 genera and 47 families. In our comparative analysis, a clear floristic split from other South American wetlands was shown, except for the Pantanal, which is the closest wetland to the Paraná floodplain and, therefore, could be considered a floristic extension of the Pantanal. The species accumulation curve provides evidence that sampling efforts should be reinforced in order to compile a macrophyte flora census for South America. The high dissimilarity among South American wetlands, together with the lack of an asymptote in our species accumulation curve, indicates that the sampling effort needs to be increased to account for the actual species richness of macrophytes in this region. Rev. Biol. Trop. 59 (2): 541-556. Epub 2011 June 01.

Los ecosistemas acuáticos neotropicales tienen una rica flora acuática. En este informe, hemos hecho una lista de la flora acuática de diversos hábitats de la alta planicie de inundación del río Paraná mediante la compilación de datos de la literatura y los registros de nuestras colecciones propias realizadas durante el período 2007-2009. Nuestros principales objetivos fueron evaluar la riqueza de macrófitos en la llanura aluvial del Paraná, para compararlo con otros humedales de América del Sur y evaluar si el número de especies registradas en los inventarios suramericanos ya han alcanzado una asíntota. Se registraron un total de 153 especies de macrófitas en la llanura de inundación del Río Alto Paraná, pertenecientes a 100 géneros y 47 familias. En nuestro análisis comparativo, se mostró una clara división florística de otros humedales de América del Sur, con excepción del Pantanal, que es el más cercano a los humedales de la planicie de inundación del Paraná y, por tanto, podría considerarse una extensión florística del Pantanal. La curva de acumulación de especies demuestra que los esfuerzos de muestreo deben ser reforzados con el fin de elaborar un censo de la flora de acrófitos para América del Sur. La alta disimilitud entre los humedales de América del Sur, junto con la falta de una asíntota en nuestra curva de acumulación de especies, indica que el esfuerzo de muestreo debe ser mayor para dar cuenta de la riqueza real de las especies de acrófitos en esta región.

Performance of pilot-scale vertical flow constructed wetlands with and without the emergent macrophyte Spartina alterniflora treating mariculture effluent

Vertical flow constructed wetlands, planted with and without Spartina alterniflora, were tested for the treatment of mariculture wastewater. Wetlands with and without the emergent macrophyte produced reductions of 89 and 71 percent for inorganic solids, 82 and 96 percent for organic solids, 51 and 63 percent for total nitrogen, 82 and 92 percent for ammoniacal nitrogen, 64 and 59 percent for orthophosphate, and 81 and 89 percent for turbidity, respectively. Wetlands with S. alterniflora showed denitrification tendencies, while wetlands without S. alterniflora had higher oxygen levels leading to nitrification. The results suggest the fundamental role of oxygen controlling the purification processes as well as the potential of constructed wetlands to treat mariculture effluents.

Aquatic macrophytes in the large, sub-tropical Itaipu Reservoir, Brazil

In the last three decades, rapid assessment surveys have become an important approach for measuring aquatic ecosystem biodiversity. These methods can be used to detect anthropogenic impacts and recognize local or global species extinctions. We present a floristic survey of the aquatic macrophytes along the Brazilian margin of the Itaipu Reservoir conducted in 2008 and compare this with a floristic survey conducted ten years earlier. We used ordination analysis to determine whether assemblage composition differed among reservoir arms. Macrophyte species were sampled in each of the 235 sampling stations using a boat, which was positioned inside three places of each macrophyte stand to record species and search for small plants. We also collected submerged plants using a rake with the boat moving at constant velocity for ten minutes. We assigned individual macrophyte species to life form and identified representative species for each life form. A total of 87 macrophyte taxa were identified. The "emergent" life forms contained the highest number of species, followed by "rooted submerged" life forms. The extensive survey of macrophytes undertaken in September 2008 recorded more species than a survey conducted between 1995 and 1998. This could be due to changes in water physico-chemistry, disturbances due to water drawdown and the long period between surveys, which may have allowed natural colonization by other species. Additionally, differences in the classification systems and taxonomic resolution used in the surveys may account for differences in the number of species recorded. Assemblage composition varied among the arms and was affected by underwater radiation (as measured using a Secchi disk) and fetch. Five non-native species were found. Two of these non-native species (Urochloa subquadripara and Hydrilla verticillata) are of special concern because they have a high frequency of occurrence and occupy large marginal areas of the reservoir. Future surveys should be conducted to determine the habitat most frequently colonized by these species. This would allow management strategies to be developed to protect native aquatic biota and prevent interference with the recreational and commercial uses of the Itaipu Reservoir. Rev. Biol. Trop. 58 (4): 1437-1452. Epub 2010 December 01.

En las últimas tres décadas, las evaluaciones ecológicas rápidas se han convertido en un método importante para medir la biodiversidad de los ecosistemas acuáticos. Estos métodos se pueden utilizar para detectar los impactos antropogénicos y reconocer las extinciones locales o globales de las especies. Se presenta un estudio florístico de las macrófitas acuáticas a lo largo del margen brasileño del embalse Itaipú en 2008 y se compara con un estudio florístico realizado diez años atrás. Se utilizó un análisis de ordenamiento para determinar si hay diferencias en la composición de asociaciones de especies entre los brazos del embalse. Se tomaron muestras de las especies de macrófitos en cada una de las 235 estaciones de muestreo utilizando una embarcación, que fue colocada en tres lugares por punto para registrar las especies de macrófitos y buscar plantas pequeñas. También se recolectaron plantas sumergidas mediante un barrido con la embarcación, moviéndose a velocidad constante durante diez minutos. A las especies de macrófitas individuales se les asignó una forma de vida y se identificaron especies representativas de cada una. Un total de 87 táxones de macrófitas fueron identificados. Las formas de vida "emergentes" tienen el mayor número de especies, seguido por las formas de vida "con raíces sumergidas". Un estudio amplio de los macrófitos realizado en septiembre de 2008 registró más especies que el estudio realizado entre 1995 y 1998. Esto podría deberse a cambios físico-químicos del agua, perturbaciones debidas al nivel del embalse y el largo período de tiempo que hay entre ambos estudios, que pudo haber permitido la colonización natural por otras especies. Además, diferencias en la clasificación de los sistemas y la resolución taxonómica usada en los estudios, que podría producir diferencias en el número de especies registradas. La composición de la asociación de especies varió entre los brazos y se vio afectada por la radiación bajo el agua (medido utilizando un disco de Secchi) y la obtención de información. Se encontraron cinco especies no nativas. Dos no son nativas (Urochloa subquadripara y Hydrilla verticillata) son de especial preocupación debido a que tienen una alta frecuencia de ocurrencia y ocupan grandes zonas marginales del embalse. Se deben llevar a cabo futuros estudios para determinar el hábitat más frecuentemente colonizado por estas especies. Esto permitiría desarrollar estrategias de manejo para proteger la biota acuática nativa y evitar interferencias con los usos recreativos y comerciales del embalse Itaipú.

Effects of limnological and morphometric factors upon Zmin, Zmax and width of Egeria spp stands in a tropical reservoir

In this work, regression analyses were used to test the effects of fetch, littoral slope and Secchi disk depth upon the stand width (Wi) and maximum (Zmax) and minimum (Zmin) colonization depths of Egeria spp in a large tropical reservoir (Rosana Reservoir). Littoral slope was the only variable correlated with Wi, which was larger in locations with lower slopes. The higher Wi values (up to 260m) were found in locations where slopes were lower than 0.05 m.m-1. Zmin and Zmax were correlated positively with fetch. Nevertheless, different relationships were found at lower and higher fetch values observed in the arms and in the main body of the reservoir, respectively. At lower values, Secchi disk depth was the main variable explaining Egeria Zmax. On the other hand, in locations where fetch was longer (i.e. in the main axis of the reservoir), it was the only variable that explained Zmax significantly. Despite the great variability, the results indicated that the measured limnological (Secchi disk) and morphometric (fetch and slope) variables were important determinants of Egeria spp colonization in the Rosana Reservoir.

Regressões múltiplas foram utilizadas com o objetivo de testar os efeitos do fetch (distância livre para ação do vento), declividade da região litorânea e da profundidade do disco de Secchi sobre a largura e os limites de colonização superior (Zmax) e inferior (Zmin) de bancos de Egeria spp em um grande reservatório tropical (Reservatório de Rosana). A declividade foi a única variável correlacionada com a largura dos bancos, que foi maior em locais com menor declividade. Os maiores valores da largura (até 260m) foram registrados em locais com declividade inferior a 0,05 m.m-1. Zmin e Zmax foram correlacionadas positivamente com o fetch. Entretanto, para o Zmax, diferentes relações foram encontradas em valores de fetchs baixos e altos, observados nos braços e no corpo central do reservatório, respectivamente. Em valores de fetch mais baixos, a profundidade de disco de Secchi foi a principal variável que explicou Zmax dos estandes de Egeria. Por outro lado, em valores de fetch mais elevados (obtidos no corpo central do reservatório), o fetch foi a única variável significativamente correlacionada com a Zmax.

Simple relationships to predict attributes of fish assemblages in patches of submerged macrophytes

Submerged macrophytes play an important role in structuring habitats and, therefore, in determining patterns of aquatic biodiversity. Because these plants are widespread in shallow areas of many Neotropical reservoirs, the present work investigated if variables related to habitat structure, measured in patches of submerged macrophytes (Egeria densa and E. najas), can be used to predict fish assemblage attributes (fish density and species richness). Based on patch characteristics at fine spatial extents (macrophyte patches within reservoir arms), we considered plant biomass, volume and proportional volume (i.e. percentage of macrophyte volume in the water column) as potential predictors. Fish and macrophytes were sampled with a 1-m² throw trap in littoral habitats of Rosana Reservoir, Paranapanema River, and simple correlation analyses were performed. Fish richness and abundance were highly correlated with all variables (R = 0.53 to 0.90), a relationship consistently observed in all sites. When compared to biomass, plant volume and proportional volume did not yield stronger correlations. We observed stronger correlations when E. densa and E. najas patches were analyzed separately (mono-specificity), probably because particular effects of each macrophyte on habitat structuring were removed (e.g. unnoticed morphological differences or unknown effects on habitat quality). The high R values observed in all pairwise relationships are uncommon in ecological studies, highlighting the predictive potential of variables related to habitat structure. These results suggest that, at small spatial extents, macrophyte biomass may represent an interesting predictor of fish density and richness in reservoirs with extensive colonization of submerged plants.

As macrófitas aquáticas submersas desempenham um importante papel na estruturação de hábitats e, por isso, determinam padrões gerais de biodiversidade. Como essas plantas colonizam muitos reservatórios neotropicais, o presente trabalho investigou simples relações capazes de predizer atributos de assembléias de peixes (densidade e riqueza) a partir de variáveis relacionadas à estruturação do habitat, medidas em manchas de macrófitas submersas (Egeria densa e E. najas). Baseando-se em características das manchas em pequenas escalas espaciais (bancos de macrófitas em braços do reservatório), nós consideramos a biomassa de plantas, volume e volume proporcional (percentual de volume de macrófitas na coluna d'água) como preditores em potencial. Peixes e macrófitas foram amostrados com uma armadilha de arremesso (1-m²) em hábitats litorâneos do reservatório de Rosana, rio Paranapanema, e correlação simples foram utilizadas para analisar as relações. Todas as variáveis apresentaram correlação positiva com a riqueza e densidade de peixes (R = 0.53 to 0.90), uma relação consistentemente observada nos três locais amostrados. Com relação à performance individual de cada variável, o volume e o volume proporcional não aumentaram a magnitude das correlações quando comparados à biomassa de macrófitas. Correlações mais fortes foram observadas quando as manchas de E. densa e E. najas foram analisadas separadamente (mono-especificidade), provavelmente porque efeitos particulares de cada espécie na estruturação dos hábitats foram removidos (e.g. pequenas diferenças morfológicas ou efeitos na qualidade da água). Os altos valores de correlação (R) observados em todas as relações são incomuns em estudos ecológicos, e enfatizam o potencial preditivo de variáveis relacionadas à estrutura espacial dos hábitats. Esses resultados sugerem que, em pequenas escalas espaciais, a biomassa de macrófitas pode representar um interessante preditor da densidade e riqueza...

Short term fluctuations and succession trends in tropical floodplain vegetation measured by correspondence analysis

The aim of this work was to study the aquatic macrophytes community development to distinguish the fluctuations from succession trends at different temporal and spatial scales in the Upper Paraná River floodplain. The samples were collected quarterly from May 2000 to March 2002 in seven lakes with different degrees of connectivity from the main river channel and analyzed by between-class correspondence analysis. It was difficult to establish any pattern of community development at local scale but at a higher level of organization, disconnected lakes were characterized by fluctuation of the floristic composition. Connected lakes showed a straight trajectory, indicating that succession was occurring at these sites. Probably the income of propagules and diaspores from the river into connected lakes was the driving force of the observed change in community composition.

Trabalhos sobre sucessão ecológica foram realizados principalmente com ecologia vegetal de plantas terrestres, onde a maioria das teorias foram concebidas. Poucos estudos abordam a vegetação de áreas alagáveis especialmente no Brasil. Este trabalho investigou o desenvolvimento da comunidade de macrófitas aquáticas tentando distinguir flutuações populacionais de tendências sucessionais em diferentes escalas temporal e espacial na planície de inundação do Alto Rio Paraná. As amostras foram coletadas a cada três meses, de maio de 2000 a março de 2002, em 7 lagoas com diferentes graus de conectividade com a calha principal dos rios, e analisadas pela análise de correspondência (CA) entre-classes. Foi difícil estabelecer qualquer padrão de desenvolvimento da comunidade sob uma escala local, mas em uma escala mais ampla, as lagoas desconectadas foram caracterizadas pela flutuação da composição florística. As lagoas conectadas apresentaram uma trajetória retilínea no diagrama da CA, indicando que a sucessão estava ocorrendo nestes locais. Provavelmente, o aporte de propágulos e diásporos para as lagoas conectadas vindos do rio é a causa da alteração na composição da comunidade.

A simple method to estimate spatial complexity in aquatic plants

Neste trabalho foi medida a complexidade espacial que contribui para a estrutura de habitat proporcionada por 8 espécies de plantas aquáticas coletadas em lagoas da planície de inundação do alto rio Paraná. As espécies analisadas foram Cabomba furcata Schult. and Schult.f. Eichhornia azurea (Sw.) Kunth (caules e raízes), Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Egeria najas Planchon, Heteranthera cf. zosterifolia, Potamogeton cf pusillus, Utricularia foliosa L. e Nymphaea amazonum Mart. and Zucc. A complexidade dos segmentos terminais de 0,5 m foi medida em laboratório. Fotografias digitais desses segmentos foram feitas e análises dos eixos verticais e horizontais foram realizadas ao longo de transecções superpostas às imagens, em computador. A freqüência e o comprimento dos insterstícios ao longo de ambos os eixos foram tomados para determinar o índice de complexidade espacial. A freqüência e o comprimento médios dos interstícios foram significativamente diferentes entre as espécies de plantas. A complexidade espacial também variou entre as espécies (F = 17,30; p < 0,0001), com as raízes de E. azurea e U. foliosa exibindo os maiores valores e os caules de E. azurea e N. amazonum os menores. Estes valores da complexidade espacial, únicos para cada espécie, sugerem que as plantas aquáticas possuem uma contribuição diferenciada para a heterogeneidade de habitats dos ambientes aquáticos do alto rio Paraná.

Bacteria and phytoplankton production rates in eight river stretches of the middle Rio Doce hidrographic basin (southeast Brazil)

Estudos das taxas de produção secundária bacteriana (PSB), junto com as de produção primária fitoplanctônica (PPF) em ecossistemas lóticos são escassos na literatura. Estimativas de PSB e de PPF foram realizadas durante os períodos de chuva e seca em 8 rios de diferentes ordens e submetidos a diferentes graus de impactos antrópicos (diferentes graus de trofia). O objetivo foi quantificar e comparar PSB, PPF e as taxas PSB/PPF para inferir sobre a importância destas comunidades na fixação de carbono nestes ecossistemas lóticos. Os resultados deste estudo permitem concluir que o rio Ipanema é o ambiente mais alterado pelo aporte de efluentes de origem antrópica, e que este aporte altera o grau de trofia em todos os ambientes, refletindo diretamente nas estimativas da PSB.

Effects of light on the growth and photosynthesis of Egeria najas planchon

Photosynthesis and growth of Egeria najas (Hydrocharitaceae) from a subtropical reservoir (Itaipu Reservoir, Brazil-Paraguay) were measured in response to low light intensities (0-124 æM m-2 s-1 PAR) in the laboratory. Photosynthesis approached saturation in the range of light intensities used and light compensation point was reached at ca. 6-22 æM m-2 s-1 PAR, indicating that this species had a low light requirement for growth. Light stimulated shoot and root relative growth rates (RGR) but it was not related to ratios between root:shoot RGR. Laboratory observations indicated that (i) both shoot and root growth were simultaneously stimulated by light and (ii) the low light requirements of E. najas may explain its incidence in the Itaipu Reservoir, where biogenic as well as abiogenic turbidity is high