Temporal coherence among tropical coastal lagoons: a search for patterns and mechanisms

Temporal coherence (i.e., the degree of synchronicity of a given variable among ecological units within a predefined space) has been shown for several limnological features among temperate lakes, allowing predictions about the structure and function of ecosystems. However, there is little evidence of temporal coherence among tropical aquatic systems, where the climatic variability among seasons is less pronounced. Here, we used data from long-term monitoring of physical, chemical and biological variables to test the degree of temporal coherence among 18 tropical coastal lagoons. The water temperature and chlorophyll-a concentration had the highest and lowest temporal coherence among the lagoons, respectively, whereas the salinity and water colour had intermediate temporal coherence. The regional climactic factors were the main factors responsible for the coherence patterns in the water temperature and water colour, whereas the landscape position and morphometric characteristics explained much of the variation of the salinity and water colour among the lagoons. These results indicate that both local (lagoon morphometry) and regional (precipitation, air temperature) factors regulate the physical and chemical conditions of coastal lagoons by adjusting the terrestrial and marine subsidies at a landscape-scale. On the other hand, the chlorophyll-a concentration appears to be primarily regulated by specific local conditions resulting in a weak temporal coherence among the ecosystems. We concluded that temporal coherence in tropical ecosystems is possible, at least for some environmental features, and should be evaluated for other tropical ecosystems. Our results also reinforce that aquatic ecosystems should be studied more broadly to accomplish a full understanding of their structure and function.

A coerência temporal (i.e., o nível de sincronismo de uma dada variável ecológica entre unidades ecológicas) tem sido demonstrada para uma vasta gama de variáveis limnológicas em lagos de clima temperado, permitindo que predições sobre a estrutura e o funcionamento destes ecossistemas sejam realizadas. Entretanto, há pouca evidência da coerência temporal de variáveis limnológicas entre ecossistemas aquáticos tropicais, onde a variação climática é menos pronunciada entre as estações do ano. Neste estudo, utilizamos dados de longa duração do monitoramento de variáveis físicas, químicas e biológicas para testar a ocorrência de coerência temporal entre 18 lagoas costeiras tropicais. A temperatura da água e a concentração de clorofila-a apresentaram, respectivamente, a maior e a menor coerência temporal entre as lagoas, enquanto que a salinidade e a coloração da água apresentaram padrões intermediários. Fatores climáticos regionais foram os principais fatores responsáveis pelos padrões de coerência da temperatura e coloração da água, enquanto que a orientação em relação ao mar e as características morfométricas das lagoas explicaram boa parte da variação da salinidade e da coloração da água entre as lagoas. Estes resultados indicam que tanto fatores locais (morfometria) quanto regionais (precipitação, temperatura do ar) regulam as condições físicas e químicas das lagoas costeiras pela contribuição dos ecossistemas terrestre e marinho em uma escala da paisagem. Por outro lado, a concentração de clorofila-a é aparentemente limitada por condições locais específicas, resultando em um fraco padrão de coerência temporal entre as lagoas. Concluímos que a coerência temporal em ecossistemas tropicais é possível, pelo menos para algumas variáveis ambientais, e deve ser avaliada para outros ecossistemas. Nossos resultados também reforçam a ideia que ecossistemas aquáticos devem ser estudados em uma perspectiva mais ampla (e.g. de bacia de drenagem) para o completo entendimento da sua estrutura e funcionamento.

Pelagic and littoral cladocerans (Crustacea, Anomopoda and Ctenopoda) from reservoirs of the Northwest of São Paulo State, Brazil / Cladóceros (Crustacea, Anomopoda e Ctenopoda) pelágicos e litorâneos em reservatórios na região noroeste do estado de São Paulo, Brasil

There are few studies on the zooplankton from the northwestern region of São Paulo State, Brazil, compared to other regions of the State. Cladocerans are a very representative zooplankton group with high species diversity. Most of this diversity can be found at littoral zones of lakes and reservoirs, especially those occupied by macrophytes. This study was part of a thematic project FAPESP/BIOTA Program - The Virtual Institute of Biodiversity (www.biotasp.org.br), and its aim is to catalogue and analyze the distribution of cladoceran species (Crustacea, Anomopoda and Ctenopoda) in pelagic and littoral zones from small reservoirs in the northwest of the São Paulo State, in dry and rainy seasons. Zooplankton samplings were carried out in littoral and pelagic zone of 10 small shallow reservoirs (mean depth: 2.8 m) using a plankton 45 µm mesh net. Water physical and chemical parameters were also monitored with a multiparameter Horiba U10. pH and dissolved oxygen concentration were lower at rainy than dry seasons, indicating high decomposition rates of organic matter introduced from the rural environment, being the main factor contributing to reservoirs' eutrophication. Fifty eight cladocerans species were recorded, with four new occurrences for the São Paulo State. This high richness contrasts with the high devastation of the northwestern region in the State. During the two seasons, littoral zones presented higher cladoceran richness and diversity than pelagic zone. Littoral zones with higher macrophytes diversity also showed higher cladocerans richness and diversity than that with low macrophyte diversity. Littoral and pelagic zones comparisons emphasized the importance of studies on different regions of the aquatic environments, confirming the elevated richness in the littoral zone, as reported in previous works. This study revealed also the strong influence of the macrophyte community and the adjacent terrestrial environment, which is occupied by forest or agriculture.

A região noroeste paulista é uma das regiões com menor quantidade de dados sobre o zooplâncton, comparado a outras regiões do estado. Os Cladocera constituem um grupo bastante representativo do zooplâncton, apresentando elevada diversidade de espécies. A maior parte desta diversidade pode ser encontrada nas regiões litorâneas de lagos e reservatórios, especialmente aquelas ocupadas por muitas macrófitas. Como parte de um projeto temático mais amplo (Programa Biota-Fapesp - Instituto Virtual da Biodiversidade, www.biotasp.org.br), o presente trabalho tem o objetivo de caracterizar as comunidades de cladóceros (Crustacea, Anomopoda e Ctenopoda) pelágicos e litorâneos presentes em pequenos reservatórios na região noroeste do estado de São Paulo, nas estações seca e chuvosa. As amostragens foram realizadas tanto na zona litorânea quanto pelágica de 10 pequenos reservatórios rasos (média de 2,8 m), através de arrastos verticais com rede de plâncton de 45 µm de malha. Parâmetros físicos e químicos da água também foram avaliados utilizando-se o aparelho Horiba U10. As concentrações de oxigênio e o pH foram mais baixos na estação chuvosa, indicando maiores taxas de decomposição. A entrada de matéria proveniente do ambiente rural pode ser o principal fator que contribui para a eutrofização dos reservatórios. No total, foram identificadas 58 espécies de cladóceros, sendo que destas, quatro constituem novas ocorrências para o estado de São Paulo. Esta elevada riqueza contrapõe-se com o fato de que a região noroeste paulista tem sido considerada uma das mais devastadas do estado. Maiores valores de riqueza e diversidade foram observados na zona litorânea, comparado à zona pelágica, durante as duas estações. Zonas litorâneas com maior diversidade de macrófitas também apresentaram maiores riqueza e diversidade de espécies de cladóceros do que zonas com menor diversidade de macrófitas. As comparações entre as zonas litorâneas e pelágicas evidenciaram a importância dos estudos nos diferentes compartimentos dos ambientes aquáticos, confirmando a elevada riqueza na zona litorânea, já relatada em tantos outros trabalhos, bem como revelando a forte influência da comunidade de macrófitas e do ambiente terrestre adjacente.

Neotropical coastal lagoons: an appraisal of their biodiversity, functioning, threats and conservation management / Lagoas costeiras neotropicais: uma apreciação sobre sua biodiversidade, funcionamento, principais ameaças e estratégias de conservação

Neotropical coastal lagoons (NCL) are human-dominated ecosystems. Their distribution along densely populated coastal areas of developing countries makes these systems among the most threatened in the world. Here, we summarize some aspects of the causes and consequences of NCL biodiversity, their functioning, their importance to the surrounding populations, their fragility, and their responses to local and global anthropogenic impacts and the challenges that Neotropical countries face in conserving these systems. Although still scarce and geographically concentrated, a growing body of studies has shown that NCLs are physiographically diversified systems, which harbor a considerable and particular proportion of the Neotropical inland aquatic biodiversity. Despite the fact that coastal lagoons are ecotones that are intricately connected to surrounding environments, they develop mechanisms for structural and functional regulation, which confer to these systems higher productivity and carrying capacities than surrounding ecosystems. Such traits attract residential developments and subsidize local traditional populations with important economic and aesthetic ecosystem revenues such as fisheries and scenic beauty. However, the disorganized human occupation around NCLs are causing profound impacts such as eutrophication, salinization, exotic species introduction, as well as other effects, which are ultimately imposing major habitat degradations and biodiversity extirpations in NCLs. We argue that interdisciplinary conservation strategies, which integrate scientific expertise, government officials, private companies and the general public, are the most likely to overcome the geographic and economic obstacles to NCL conservation.

As lagoas costeiras neotropicais (LCN) estão inseridas em um ambiente antropogênico. Sua localização em regiões costeiras densamente povoadas de países em desenvolvimento coloca estes ecossistemas entre os mais impactados do mundo. Neste trabalho, resumimos vários aspectos relacionados às causas e conseqüências da sua biodiversidade, seu funcionamento e os bens proporcionados à população do seu entorno. Sua fragilidade e as respostas a impactos humanos locais e globais, assim como os desafios para a sua conservação por países neotropicais, também são abordados. Apesar de escassos e geograficamente concentrados, um número crescente de estudos tem mostrado que as LCN são sistemas fisiograficamente diversificados, abrigando uma proporção considerável da biodiversidade dos ambientes aquáticos continentais neotropicais. Apesar de as lagoas costeiras representarem ecótonos bastante conectados ao ambiente adjacente, elas desenvolveram mecanismos próprios de regulação funcional e estrutural, conferindo uma maior produtividade e capacidade de suporte em relação aos ambientes circundantes. Tais características estimulam o desenvolvimento humano ao seu redor e subsidiam populações tradicionais locais com benefícios econômicos e estéticos como pesca e beleza cênica. No entanto, a ocupação desordenada de regiões próximas às LCN vem causando profundos distúrbios como eutrofização, salinização, introdução de espécies exóticas e outros, os quais acarretam a degradação do hábitat e a perda de biodiversidade. Acreditamos que estratégias de conservação multidisciplinares, que integrem conhecimento científico, órgãos governamentais, companhias privadas e opinião pública, são as mais indicadas para sobrepor os obstáculos geográficos e econômicos impostos à conservação das LCN.

Neotropical coastal lagoons: an appraisal of their biodiversity, functioning, threats and conservation management

Neotropical coastal lagoons (NCL) are human-dominated ecosystems. Their distribution along densely populated coastal areas of developing countries makes these systems among the most threatened in the world. Here, we summarize some aspects of the causes and consequences of NCL biodiversity, their functioning, their importance to the surrounding populations, their fragility, and their responses to local and global anthropogenic impacts and the challenges that Neotropical countries face in conserving these systems. Although still scarce and geographically concentrated, a growing body of studies has shown that NCLs are physiographically diversified systems, which harbor a considerable and particular proportion of the Neotropical inland aquatic biodiversity. Despite the fact that coastal lagoons are ecotones that are intricately connected to surrounding environments, they develop mechanisms for structural and functional regulation, which confer to these systems higher productivity and carrying capacities than surrounding ecosystems. Such traits attract residential developments and subsidize local traditional populations with important economic and aesthetic ecosystem revenues such as fisheries and scenic beauty. However, the disorganized human occupation around NCLs are causing profound impacts such as eutrophication, salinization, exotic species introduction, as well as other effects, which are ultimately imposing major habitat degradations and biodiversity extirpations in NCLs. We argue that interdisciplinary conservation strategies, which integrate scientific expertise, government officials, private companies and the general public, are the most likely to overcome the geographic and economic obstacles to NCL conservation.

As lagoas costeiras neotropicais (LCN) estão inseridas em um ambiente antropogênico. Sua localização em regiões costeiras densamente povoadas de países em desenvolvimento coloca estes ecossistemas entre os mais impactados do mundo. Neste trabalho, resumimos vários aspectos relacionados às causas e conseqüências da sua biodiversidade, seu funcionamento e os bens proporcionados à população do seu entorno. Sua fragilidade e as respostas a impactos humanos locais e globais, assim como os desafios para a sua conservação por países neotropicais, também são abordados. Apesar de escassos e geograficamente concentrados, um número crescente de estudos tem mostrado que as LCN são sistemas fisiograficamente diversificados, abrigando uma proporção considerável da biodiversidade dos ambientes aquáticos continentais neotropicais. Apesar de as lagoas costeiras representarem ecótonos bastante conectados ao ambiente adjacente, elas desenvolveram mecanismos próprios de regulação funcional e estrutural, conferindo uma maior produtividade e capacidade de suporte em relação aos ambientes circundantes. Tais características estimulam o desenvolvimento humano ao seu redor e subsidiam populações tradicionais locais com benefícios econômicos e estéticos como pesca e beleza cênica. No entanto, a ocupação desordenada de regiões próximas às LCN vem causando profundos distúrbios como eutrofização, salinização, introdução de espécies exóticas e outros, os quais acarretam a degradação do hábitat e a perda de biodiversidade. Acreditamos que estratégias de conservação multidisciplinares, que integrem conhecimento científico, órgãos governamentais, companhias privadas e opinião pública, são as mais indicadas para sobrepor os obstáculos geográficos e econômicos impostos à conservação das LCN.