Catastrophic shifts in the aquatic primary production revealed by a small low-flow section of tropical downstream after dredging / Mudanças catastróficas na produção primária aquática revelada por uma pequena seção de baixa vazão a jusante de um riacho após dragagem

Abstract Dredging is a catastrophic disturbance that directly affects key biological processes in aquatic ecosystems, especially in those small and shallow. In the tropics, metabolic responses could still be enhanced by the high temperatures and solar incidence. Here, we assessed changes in the aquatic primary production along a small section of low-flow tropical downstream (Imboassica Stream, Brazil) after dredging. Our results suggested that these ecosystems may show catastrophic shifts between net heterotrophy and autotrophy in waters based on three short-term stages following the dredging: (I) a strongly heterotrophic net primary production -NPP- coupled to an intense respiration -R- likely supported by high resuspended organic sediments and nutrients from the bottom; (II) a strongly autotrophic NPP coupled to an intense gross primary production -GPP- favored by the high nutrient levels and low solar light attenuation from suspended solids or aquatic macrophytes; and (III) a NPP near to the equilibrium coupled to low GPP and R rates following, respectively, the shading by aquatic macrophytes and high particulate sedimentation. In conclusion, changes in aquatic primary production could be an important threshold for controlling drastic shifts in the organic matter cycling and the subsequent silting up of small tropical streams after dredging events.

Resumo Dragagem é um distúrbio catastrófico que afeta diretamente processos biológicos chave nos ecossistemas aquáticos, especialmente naqueles pequenos e rasos. Nos trópicos, as respostas metabólicas podem ser ainda mais intensificadas pelas altas temperaturas e incidência solar. No presente estudo, avaliamos mudanças na produção primária aquática ao longo de uma pequena seção de um riacho tropical após uma dragagem (riacho Imboassica, Brasil). Nossos resultados sugeriram que estes ecossistemas podem apresentar mudanças catastróficas desde heterotrofia à autotrofia líquida na água, baseadas em três etapas de curto prazo após a dragagem: (I) uma produção primária líquida -PPL- fortemente heterotrófica associada a uma intensa respiração -R-, provavelmente sustentada por sedimentos orgânicos e nutrientes advindos do fundo; (II) uma PPL fortemente autotrófica associada a uma intensa produção primária bruta -PPB- favorecida pelos elevados níveis de nutrientes e baixa atenuação da luz solar pelos sólidos em suspensão ou macrófitas aquáticas; e (III) uma PPL próxima ao equilíbrio associada às reduzidas taxas de PPB e R seguindo os sombreamento pelas macrófitas aquáticas e elevada sedimentação de particulados. Como conclusão, mudanças na produção primária aquática poderiam ser um importante limiar para controlar drásticas alterações na ciclagem da matéria orgânica e no subsequente assoreamento de pequenos riachos tropicais após eventos de dragagem.

Planktonic production and respiration in a subtropical lake dominated by Cyanobacteria / Produção e respiração planctônicas em uma lagoa subtropical dominada por cianobactérias

Planktonic primary production and respiration rates were estimated in a subtropical coastal lake dominated by Cyanobacteria in order to investigate the temporal and vertical variation in this lake and to evaluate its relationships with limnological variables and phytoplankton. Light and dark bottles were incubated at four different depths in the central part of the lake and were performed bimonthly from June/2009 to December/2010. No significant difference was evident among depths in relation to phytoplankton, limnological variables and metabolic rates. However, the highest production rates were recorded at the surface, and decreased towards the bottom, coupled with phytoplanktonic photosynthetic capacity. Wind induced mixing in Peri Lake played an important role in nutrient and phytoplankton redistribution, characterizing this lake as polymictic. According to density and biovolume, the phytoplankton community was dominated by filamentous Cyanobacteria, especially Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya and Subba-Raju. This study has shown that both water temperature and nutrient availability drive phytoplankton growth and consequently the temporal variation in metabolic rates, where respiration is higher than primary production.

As taxas de produção primária e respiração planctônicas foram estimadas em um lago costeiro subtropical dominado por cianobactérias, com o objetivo de investigar a variação temporal e vertical nesta lagoa e avaliar suas relações com as variáveis limnológicas e os grupos fitoplanctônicos. Garrafas claras e escuras foram incubadas em quatro diferentes profundidades na parte central da lagoa e foram realizadas bimensalmente de junho/2009 a dezembro/2010. Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre as profundidades amostradas, em relação ao fitoplâncton, variáveis limnológicas e taxas metabólicas. No entanto, as maiores taxas de produção foram registradas na superfície, diminuindo com o aumento da profundidade, juntamente com a capacidade fotossintética do fitoplâncton. A ação do vento na lagoa do Peri promoveu a homogeneidade de nutrientes e do fitoplâncton na coluna d’água, caracterizando-o como polimítico. De acordo com a densidade e biovolume, a comunidade fitoplanctônica foi dominada por cianobactérias filamentosas, especialmente Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya and Subba-Raju. Este estudo demonstrou que a temperatura da água combinada com a disponibilidade de nutrientes influencia a comunidade fitoplanctônica, determinando a variação temporal das taxas metabólicas, onde a respiração é maior que a produção primária.

A review on macrobenthic trophic relationships along subtropical sandy shores in southernmost Brazil / Revisão sobre as relações tróficas macrozoobentônicas ao longo da costa arenosa subtropical do extremo sul do Brasil

Main trophic relationships that occur along the exposed sandy shores in southernmost Brazil (∼33° S) are established taking into account several biological compartments operating at morphodynamically distinct environments. Beaches are predominantly of the intermediate type but some stretches of coastline are truly dissipative (Cassino Beach) or tending-to-reflective (Concheiros Beach), presenting thus diverse biological compartments and inhabitant macrobenthic assemblages. Dense concentrations of the surf-zone diatom Asterionellopsis glacialis are responsible - at least for the intermediate shorelines - for the most year-round primary production, sustaining several consumers up to tertiary level. Among them, bivalves Amarilladesma mactroides, Donax hanleyanus and the hippid crabEmerita brasiliensis can account for more than 95% of all the surf-zone secondary production, in addition to the elevated biomass of the suspension-feeder polychaete Spio gaucha and the scavenger isopod Excirolana armata. Crabs, whelks, carnivorous polychaetes, seabirds and surf-zone fishes may also be present and occupy superior trophic levels depending on the beach morphodynamics. Based on the high species richness, abundance and the role of macrobenthic fauna in transferring matter and energy to seabirds and the surf-zone fish assemblages, we address this important issue on the Southwestern Atlantic ecology. Conservation efforts should be implemented for the southernmost Brazilian sandy shores, at least for those non urbanized areas.

As principais relações tróficas observadas ao longo da costa arenosa exposta do extremo sul do Brasil (∼33° S) são estabelecidas levando-se em consideração os vários compartimentos biológicos que operam em ambientes morfodinamicamente distintos. Estas praias são predominantemente do tipo intermediário, embora alguns trechos sejam dissipativos (Praia do Cassino) ou apresentem tendências reflectivas (Praia dos Concheiros), possuindo compartimentos biológicos diversificados e associações macrobentônicas residentes. Densas concentrações da diatomácea Asterionellopsis glacialis são responsáveis - pelo menos para as praias intermediárias - por grande parte da produtividade primária anual, sustentando vários consumidores até o nível terciário. Entre estes, os bivalves Amarilladesma mactroides, Donax hanleyanus e o crustáceo Emerita brasiliensissão responsáveis por mais de 95% de toda a produção secundária da zona de surfe, em adição è elevada biomassa do poliqueta suspensívoro Spio gaucha e do isópode necrófago Excirolana armata. Caranguejos, gastrópodes, poliquetas carnívoros, aves marinhas e peixes da zona de surfe também podem estar presentes, ocupando níveis tróficos superiores dependendo da morfodinâmica praial. Baseado na alta riqueza de espécies, na abundância e no papel da macrofauna bentônica em transferir matéria e energia para as aves marinhas e as assembléias de peixes da zona de surfe, esta importante questão ecológica do Atlântico Sudoeste foi investigada. Esforços de conservação devem ser implementados nas praias arenosas do extremo sul do Brasil, pelo menos naquelas áreas não urbanizadas.

Phytoplankton and periphyton in ponds with Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and bocachico (Prochilodus magdalenae) / Fitoplancton y perifiton en estanques con tilapia nilótica (Oreochromis niloticus) y bocachico (Prochilodus magdalenae) / Fitoplâncton e perifiton em viveiros com tilapia nilotica (Oreochromis niloticus) e bocachico (Prochilodus magdalenae)

Background: phytoplankton is considered the most important community in the aquatic food chain. As the basis of the food chain, periphyton offers possibilities for further optimization of extensive aquaculture ponds, although in-depth research on its effects on phytoplankton is necessary. Objective: a test was conducted to assess periphyton effects on phytoplankton concentration (org/L) and Shannon Weaver algae diversity index (DI). Methods: 18 earthen ponds (90 m²) under extensive polyculture conditions and low stocking density (2 kg/m² at the end of the culture) were used. Fish density was 2.6 Nile tilapia/m² and 0.7 bocachico/m2. Treatments consisted in the inclusion or absence of substrate (polyethylene pipes) for periphyton attachment (B1 for substrate presence and B2 for substrate absence) combined with three feeding strategies: no balanced feed offered (A1), 20% crude protein feed (A2), and 25% crude protein feed (A3). The combination of substrate levels and feeding strategies resulted in six treatments. Each treatment was replicated there times using a randomized complete block design for a six-month experimental period. Data were analyzed using a repeated-measure ANOVA in which time appears as a third factor (monthly samplings). Results: an interaction between factor B and time was found (P < 0.05), suggesting that the DI was significantly higher in ponds with substrate (B1) at given times (times 3, 4, 5 and 6). A significant interaction was also found between factors A*B*time (P < 0.05) for the concentration of organisms; resulting in a higher concentration of organisms in treatments that included substrate for periphyton attachment. Conclusion: periphyton had a positive influence on phytoplankton development, which is why stimulating periphyton attachment on an artificial substrate is a good way of improving a pond's primary production.

Antecedentes: se considera que la comunidad fitoplanctónica es la más importante en la cadena alimenticia acuática. El perifiton, como base de la cadena alimenticia, ofrece posibilidades que optimizarían el uso de los insumos utilizados en sistemas extensivos, pero es necesario investigar a fondo sus efectos sobre el fitoplancton. Objetivo: evaluar el efecto del perifiton sobre la concentración (org/L) y el índice de diversidad algal Shannon Weaver (DI) del fitoplancton. Métodos: se realizó un ensayo en 18 estanques en tierra, de 90 m², bajo condiciones de policultivo de baja densidad de siembra (buscando alcanzar máximo 2 Kg/m² al final del cultivo) con 2,6 tilapias y 0,7 bocachicos/m². Los tratamientos consistieron en la inclusión o no de sustrato (tubos de polietileno) para perifiton (B1: presencia de sustrato; B2: ausencia de sustrato), bajo tres estrategias alimentarias: sin alimento balanceado, alimento con 20% proteína bruta (PB) y alimento con 25% de PB, denominadas A1, A2 y A3, respectivamente. La combinación de los tres niveles de A con los dos niveles de B resultó en seis tratamientos, cada uno con tres réplicas. Para la asignación de tratamientos a cada unidad se usó un diseño completamente al azar. Los datos fueron analizados usando un ANOVA con medidas repetidas, donde aparece el tiempo como un tercer factor (muestreos mensuales). Resultados: hubo una significativa interacción entre el factor B y el tiempo (P < 0.05), mostrando que en algunos tiempos específicos (3, 4, 5 y 6), el DI fue significativamente más alto en estanques con sustrato (B1). También se encontró interacción entre los factores A*B*tiempo (P < 0.05) para la concentración de organismos, mostrando una mayor concentración para los tratamientos con sustrato para perifiton. Conclusión: el perifiton tuvo una influencia positiva sobre el desarrollo del fitoplancton. Por esta razón, estimular la fijación de perifiton sobre un sustrato artificial es una buena forma para mejorar la productividad primaria del estanque.

Antecedentes: considera-se que a comunidade fitoplanctônica é a mais importante na cadeia alimentar aquática. O perifíton, como base da cadeia alimentar, oferece possibilidades para melhorar o uso dos insumos correntemente utilizados nos sistemas extensivos, mas precisa se pesquisar bem acerca de seus efeitos sobre o fitoplâncton. Objetivo: avaliar o efeito do perifíton sobre a concentração (org/L) e o índice de diversidade Shannon Weaver (DI) do fitoplâncton. Métodos: realizou-se um teste em 18 viveiros, de 90 m² sob condições de policultivo de baixa densidade de estoque (procurando alcançar no máximo 2 Kg/m² no final da safra) com 2,6 tilápias e 0,7 bocachicos por m² respectivamente. Os tratamentos consistiram na inclusão ou não de substrato (canos de polietileno) para perifíton (B1 presença de substrato, B2 ausência de substrato), sob três estratégias alimentarias: sem alimento balanceado, alimento com 20% de proteína bruta (PB) e alimento com 25% de PB, denominados A1, A2 e A3, respectivamente. A combinação dos três níveis de A, com os dois níveis de B resultou em seis tratamentos, cada um com três replicas. Na designação dos tratamentos para cada unidade experimental usou-se um desenho completamente ao acaso. Os dados foram analisados usando ANOVA com medidas repetidas, onde aparece o tempo como o terceiro fator (amostras mensais). Resultados: houve uma significativa interação entre o fator B e o tempo (P < 0.05), demonstrando que em alguns tempos específicos (3, 4, 5 e 6), o DI foi significativamente maior em viveiros com substrato (B1). Também se encontrou interação entre os fatores A*B*tempo (P < 0.05) para a concentração de organismos, apresentando maior concentração para os tratamentos com substrato para perifíton. Conclusão: o perifíton teve uma influencia positiva sobre o desenvolvimento do fitoplâncton. Por esta razão, estimular a fixação do perifíton sobre um substrato artificial é uma boa maneira para melhorar a produtividade primaria do viveiro.

Litter production and aquatic macroinvertebrates on a headwater subtropical stream in Rio Grande do Sul State, Brazil - DOI: 10.4025/actascibiolsci.v31i3.355 / Produção de folhiço e fauna associada de macroinvertebrados aquáticos em curso dágua de cabeceira em Floresta Ombrófila do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil - DOI: 10.4025/actascibiolsci.v31i3.355

The aim of the study was to verify the temporal variation of allochthonous material input into a stream, and which structures contribute to the organic material pool, as well as to analyze the occurrence of macroinvertebrates associated with the litter. Samples were taken from October, 2004 to October, 2005 in two transects along the riparian zone. At each transect, three sampling stations were chosen. At each one, submersed and suspended collectors (1.5 m above bottom) were installed. Input and retention of coarse benthic organic material were analyzed and classified as flowers and diaspores, (seeds and fruits) and vegetative structures (leaves and branches). There were no statistical differences between input of material in suspended and submersed collectors. Therefore, no statistical differences were verified for exposure time for both the suspended and submersed collectors. Vegetative and seeds and fruits and flowers structures differed in relation to their vegetal composition input for total exposure times for both collectors. Leaves were the most important structure for biomass. Aquatics insects, crustaceans, mussels and worms were the most common macroinvertebrates associated with litter. Insecta-Diptera, mainly Chironomidae and Oligochaeta were the most abundant taxa associated with the submerged and suspended collectors. The major taxa richness was found in submerged

Os objetivos deste estudo foram verificar a entrada sazonal de material alóctone e a composição de suas estruturas vegetais e da fauna de macroinvertebrados aquáticos associados ao material alóctone em um riacho de cabeceira em clima subtropical. Foram analisadas, trimestralmente, duas transecções longitudinais no curso dágua, onde foram instalados coletores submersos e suspensos (1,5 m acima da calha) de outubro de 2004 a outubro de 2005. Em ambos os coletores, não se verificou diferença para a entrada de material alóctone entre os períodos de coletas, o que sugere ausência definida de sazonalidade. Também não foram verificadas, temporalmente, diferenças para os componentes, flores, frutos e sementes (diásporos), folhas e galhos (vegetativas). O componente foliar foi o item com maior biomassa na formação do material alóctone em ambos os coletores. Larvas de insetos aquáticos, crustáceos, moluscos e vermes oligoquetos correspondem aos grupos com maior representatividade. Chironomidae (Insecta, Diptera) e Oligochaeta foram os taxa mais abundantes em ambos os coletores, porém a maior riqueza foi observada nos coletores submersos.